[論文レビュー] High resolution soft X-ray spectroscopy of the elliptical galaxy NGC 5044. Results from the reflection grating spectrometer on-board XMM-Newton

Takayuki Tamura, J. S. Kaastra+2 more|ArXiv.org|Nov 27, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 40被引用数 44

ひとこと要約

本研究では、XMM-ニュートン搭載の反射グレーティングスペロメータを用いて、楕円銀河NGC 5044の高分解能ソフトX線分光を実施し、Fe-LおよびO viii Lyα線を解像することで、熱的構造と金属量を制約した。主な結果は、0.7 keVおよび1.1 keVの二温度プラズマモデルであり、0.6 keV未満で明確なカットオフが観測され、冷却フロー放射の抑制を示唆している。鉄と酸素の質量比は、それぞれ太陽値の0.55±0.05および0.25±0.10に正確に測定された。

ABSTRACT

The results from an X-ray spectroscopic study of the giant elliptical galaxy NGC5044 in the center of a galaxy group are presented. The line dominated soft X-ray spectra (mainly Fe-L and O VIII Ly_a) from the diffuse gas are resolved for the first time in this system with the Reflection Grating Spectrometers on-board XMM-Newton and provide a strong constraint on the temperature structure. The spectra integrated over 2' (\sim 20kpc) in full-width can be described by a two temperature plasma model of 0.7keV and 1.1keV. Most of the latter component is consistent with originating from off-center regions. Compared to the isobaric cooling flow prediction, the observation shows a clear cut-off below a temperature of 0.6 +-0.1keV. Furthermore, the Fe and O abundances within the central 10--20kpc in radius are accurately measured to be 0.55+-0.05 and 0.25+-0.1 times the solar ratios, respectively. The observed cut-off temperature of this galaxy and other central galaxies in galaxy groups and clusters are compared with the scale of the galaxy and properties of the surrounding intra-cluster medium. Based on this comparison, the origin of the lack of predicted cool emission is discussed.

研究の動機と目的

• 高分解能ソフトX線分光を用いて、楕円銀河NGC 5044の中心領域における高温プラズマの熱的構造を制約すること。
• 従来の研究と比較して、より高い精度でX線放出ガス内の鉄と酸素の質量比を測定すること。
• 観測された0.6 keV未満のソフトX線発光におけるカットオフの原因を解明し、単純な冷却フロー模型の予測を検証すること。
• カットオフエネルギーと銀河およびその周囲の銀河団内媒体の全般的な性質を比較し、低温発光の抑制要因を理解すること。
• 酸素/鉄比を分析し、銀河および銀河団内媒体における金属の起源と豊度歴史を解明すること。

提案手法

• XMM-ニュートン搭載の反射グレーティングスペロメータ（RGS）を用いて、1 keVで約200のエネルギー分解能を持つ高分解能ソフトX線スペクトルを取得した。
• 空間的領域を二つに分け、|w| < 1′（中心20 kpc）および1′ < |w| < 2′（非中心領域）として、発光の半径方向変化を調査した。
• 改善された校正を用いた機器応答関数および背景モデルを用い、Fe-LおよびO viii Lyα線を含む観測された線幅をフィットした。
• 熱的構造と金属量を特定するため、二温度プラズマモデル（APEC）をスペクトルにフィットした。
• 理論的予測と照らし合わせて観測されたカットオフエネルギーを評価し、銀河の光度や速度分散といった物理的パラメータにスケーリングした。
• 金属生成機構を推定するため、酸素/鉄比を分析し、特にIa型およびII型超新星の相対的寄与を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能ソフトX線分光によって、NGC 5044中心領域における高温プラズマの熱的構造はどのように特定されるか？
• RQ2 観測されたX線発光は、単純な等圧冷却フロー模型の予測からどの程度逸脱しているか？
• RQ3 X線放出ガス内の鉄と酸素の質量比は、正確にどの程度であり、太陽値や他の楕円銀河と比較してどう異なるか？
• RQ4 ソフトX線発光のカットオフエネルギーは、中心銀河およびその銀河団内媒体の全般的な性質とどのように相関するか？
• RQ5 鉄と酸素の質量比、特に酸素/鉄比は、銀河および周囲の銀河団内媒体における金属の起源と豊度歴史をどのように明らかにするか？

主な発見

• NGC 5044のソフトX線スペクトルは、0.7 keVおよび1.1 keVの二温度プラズマモデルで最もよく記述され、複雑な熱的構造を示している。
• 0.6 ± 0.1 keV未満で明確なカットオフが観測され、単純な冷却フロー模型が予測するソフトX線発光が強く抑制されている。
• 中心10–20 kpc領域における鉄の質量比は、太陽値の0.55 ± 0.05に測定され、以前のASCAおよびEPIC測定と整合的である。
• 酸素の質量比は、本研究で初めてこの系で測定されたもので、太陽値の0.25 ± 0.10に達し、酸素/鉄比は太陽値のおよそ半分であった。
• NGC 5044の酸素/鉄比は、NGC 4636などの他のコア銀河と類似しているが、銀河団内媒体よりも顕著に低く、異なる金属豊度化機構を示唆している。
• 観測されたカットオフエネルギーは、光学的光度や星の速度分散といった銀河の性質と相関しており、フィードバック機構が銀河団内の冷却を制御している可能性を支持している。