[論文レビュー] ROSAT PSPC X-ray observations of the nearby spiral galaxy M83

M. Ehle, W. Pietsch+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、近くの縁面銀河M83におけるROSAT PSPC X線観測を行い、13個の点源および拡張したソフトおよびハードX線放射を明らかにした。2温度の熱プラズマが同定され、ソフトX線を放射する温かいハロー（半径10–15 kpc）とハードX線を放射するホットディスク成分が存在する。プラズマベータ ≈ 0.2であり、磁場がハロー構造および強力な星形成によって駆動されるガスの噴出に顕著な影響を与えていることを示している。

ABSTRACT

The nearly face-on SBc galaxy M83 (NGC 5236) was observed for 25 ksec with the ROSAT PSPC. We detected 13 point-like sources in this galaxy, 10 of which were previously unknown. We measured extended X-ray radiation from almost the whole optically visible galaxy. Comparing the diffuse soft and hard X-ray emission components, we observed a different asymmetric distribution and a slower radial decrease of the intensity profile of the soft X-ray emission. Both these results support the existence of a huge spherical gas halo of 10-15 kpc radius. On the other hand, the radial scale lengths of the hard X-ray radiation, that of the thermal radio emission and the profile of the optical surface brightness are similar, favouring the idea that all these emission processes are connected to star formation in the galaxy's disk. M83 is the first face-on galaxy where the diffuse X-ray emission spectrum can be characterized by a two-temperature thermal plasma: a soft X-ray emitting warm `halo component' and an internally absorbed hot `disk component' which is dominating the emission in the hard (0.5-2.0 keV) ROSAT energy range. The combination of X-ray and radio polarization observations allows an estimate of the plasma parameter beta = U_therm/U_magn which is found to be 0.2+/-0.1. This result supports the hypothesis that magnetic fields play an important role for the evolution and structure of galactic gas haloes. The high energy input rate in the active star-forming disk of M83 seems to be responsible for the outflow of hot gas and the halo formation.

研究の動機と目的

• ROSAT PSPCデータを用いて、近くのスパイラル銀河M83の拡散X線放射を特徴づけること。
• ソフトおよびハードX線成分の空間的・スペクトル的性質を調査し、星形成との関連を検討すること。
• プラズマパラメータ推定を通じて、磁場が銀河X線ハローの構造に果たす役割を特定すること。
• 拡張X線放射の起源を評価し、銀河の噴出およびガスハロー形成に与える意味を検討すること。

提案手法

• ROSAT PSPCはM83を25 ksec観測し、深いX線画像および分光測定を可能にした。
• 点源検出およびバックグラウンド除去を実施し、13個のX線源（うち10個は以前に未知であった）を分離した。
• ソフトおよびハードX線放射の半径方向強度プロファイルを測定し、光学および電波表面輝度プロファイルと比較した。
• 拡散放射のスペクトルフィッティングにより、2温度の熱プラズマモデル（温かいハローとホットディスク成分）が得られた。
• 電波偏光データをX線データと組み合わせ、プラズマベータパラメータ（U_therm/U_magn）を推定した。
• ハードX線、熱的電波、光学放射の半径スケール長を比較し、それらの物理的関連性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M83におけるソフトおよびハードX線放射の空間的分布は何か。それらはどのように異なるか？
• RQ2 拡張X線放射の起源は何か。これは銀河ハローを示唆するか？
• RQ3 X線、電波、光学放射の半径スケール長はどのように比較されるか。星形成にどのような意味をもたらすか？
• RQ4 プラズマベータによって定量化された磁場は、X線ハローの構造と進化に果たす役割は何か？
• RQ5 M83における高温ガスハローの形成を引き起こす要因は何か。星形成活動とどのように関連しているか？

主な発見

• 拡散ソフトX線放射は非対称的分布を示し、低下が遅いことから、半径10–15 kpcの球状ガスハローの存在を支持する。
• ハードX線放射（ROSATの0.5–2.0 keVバンドが主）は、光学および熱的電波放射と同程度の半径スケール長を示し、ディスクにおける星形成と関連していることを示している。
• M83は、2温度の熱プラズマ（温かいハローとホットディスク成分）で特徴づけられる初めての縁面銀河である。
• X線および電波偏光データを統合して推定されたプラズマベータパラメータは0.2 ± 0.1であり、磁場圧力がハロー構造に顕著な役割を果たしていることを示している。
• M83のディスクにおける星形成からの高エネルギー入力レートが、高温ガスの噴出を駆動し、拡張X線ハローを形成している。