[論文レビュー] The dynamical signature of the ISM in soft X-rays -- I. Diffuse soft X-rays from galaxies

D. Breitschwerdt, T. Schmutzler|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、銀河のディスクからハローへのホットプラズマの流出を、自己整合的かつ動的なモデルとして初めて提示し、非平衡イオン化効果がソフトX線放射スペクトルを著しく変化させることを示している。非平衡イオン化を考慮したモデルにより、拡張し、過圧力のプラズマにおける線スペクトルおよび遅延再結合が、0.3–1.5 keVの拡散的ソフトX線背景放射（0.3–1.5 keV）を生じることを示し、衝突イオン化平衡（CIE）に基づく従来の仮定に疑問を呈している。

ABSTRACT

We present the first dynamically and thermally self-consistent calculations of fast adiabatically expanding gas flows from the Galactic disk into the halo. It is shown that in a hot plasma (T >= 10^6 K) with a high overpressure with respect to the ambient medium, the dynamical time scale is much shorter than the intrinsic time scales (e.g. for recombination, collisional excitation and ionization etc.). Therefore dynamical models that use collisional ionization equilibrium (CIE) cooling functions for the evolution of the plasma are in general not correct. In particular, the emission spectra obtained from non-equilibrium calculations are radically different. We describe a method to obtain self-consistent solutions using an iterative procedure. It is demonstrated that soft X-ray background emission between 0.3 and 1.5 keV can be well explained by a superposition of line emission and delayed recombination of an initially hot plasma streaming away from the Galactic disk (outflow and/or winds). In addition to these local winds we also present calculations on global winds from spiral galaxies, which originate from a hot and quiescent galactic corona. We also emphasize that it is dangerous to derive plasma temperatures merely from line ratios of ionized species, such as NV/OVI, unless the dynamical and thermal history of the plasma is known.

研究の動機と目的

• 銀河ディスクからハローへのホットプラズマの流出の動的および熱的進化をモデル化すること。
• 星間媒体からのソフトX線放射をモデル化する際、衝突イオン化平衡（CIE）を仮定することの限界を扱うこと。
• 自己整合的で非平衡のプラズマ計算を通じて、拡散的ソフトX線背景（0.3–1.5 keV）の起源を説明すること。
• プラズマの動的および熱的歴史を十分に理解しない限り、標準的な線比診断（例：NV/OVI）がプラズマ温度の推定に信頼できないことを示すこと。

提案手法

• 断熱的拡張流における時間依存的プラズマ進化を自己整合的に解く反復的数値手法を開発した。
• 銀河ディスクからハローへの高速で過圧力のプラズマ拡張を、流体力学方程式を用いてモデル化した。
• 動的時効と比較してイオン化および再結合の時定数を追跡することで、非平衡イオン化効果を組み込んだ。
• CIEを仮定するのではなく、非平衡状態を反映した冷却関数を適用した。
• スパイラル銀河における局所的ディスク風と、全体的なコロナ駆動風の両方をモデル化した。
• 観測されたソフトX線スペクトルを再現するために、線スペクトルと遅延再結合プロセスを組み合わせた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非平衡イオン化効果は、星間媒体におけるホットプラズマの流出からの予測されるソフトX線放射にどのように影響を及えるか？
• RQ2 なぜ標準的なCIEに基づくモデルは、0.3–1.5 keV範囲の観測された拡散的ソフトX線背景を再現できないのか？
• RQ3 拡張するプラズマにおける線スペクトルと遅延再結合の重ね合わせによって、ソフトX線背景はどの程度説明可能か？
• RQ4 過圧力のホットプラズマの流れにおいて、動的時効と熱的・イオン化時効はどのように比較されるか？
• RQ5 非平衡イオン化は、NV/OVIなどのイオン線比から得られるプラズマ温度の解釈にどのような影響を及えるか？

主な発見

• T ≥ 10^6 K の過圧力ホットプラズマでは、動的時効が熱的およびイオン化時効よりもはるかに短く、標準的なCIE仮定が不適切であることを示した。
• 非平衡計算では、CIEモデルとは著しく異なる放射スペクトルが得られ、特にソフトX線バンドで顕著であった。
• 拡散的ソフトX線背景（0.3–1.5 keV）は、銀河ディスクからの流出プラズマにおける線スペクトルと遅延再結合の組み合わせによってよく説明できる。
• 静的で高温の銀河コロナからのグローバル風も、ソフトX線背景に顕著な寄与を示す可能性がある。
• NV/OVIなどの線比は、プラズマの動的および熱的歴史を完全に把握しない限り、温度推定に信頼できない。
• 反復的数値手法により、非平衡イオン化を伴う時間依存的で拡張するプラズマの流れに対して、自己整合的解が得られた。