[論文レビュー] The Galactic Centre Chimney

G. Ponti, F. Hofmann+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 34被引用数 35

ひとこと要約

本論文は Galactic Centre Chimneys の発見を報告し、それらは約100–160 pc スケールで銀河中心と Fermi bubbles を結ぶ顕著な X 線構造であり、そのエネルギー収支・形態・および episodic GC outflows に linked する駆動機構の可能性を検討します。

ABSTRACT

Evidence has increasingly mounted in recent decades that outflows of matter and energy from the central parsecs of our Galaxy have shaped the observed structure of the Milky Way on a variety of larger scales. On scales of ~15 pc, the Galactic centre has bipolar lobes that can be seen in both X-rays and radio, indicating broadly collimated outflows from the centre, directed perpendicular to the Galactic plane. On far larger scales approaching the size of the Galaxy itself, gamma-ray observations have identified the so-called Fermi Bubble features, implying that our Galactic centre has, or has recently had, a period of active energy release leading to a production of relativistic particles that now populate huge cavities on both sides of the Galactic plane. The X-ray maps from the ROSAT all-sky survey show that the edges of these cavities close to the Galactic plane are bright in X-rays. At intermediate scales (~150 pc), radio astronomers have found the Galactic Centre Lobe, an apparent bubble of emission seen only at positive Galactic latitudes, but again indicative of energy injection from near the Galactic centre. Here we report the discovery of prominent X-ray structures on these intermediate (hundred-parsec) scales above and below the plane, which appear to connect the Galactic centre region to the Fermi bubbles. We propose that these newly-discovered structures, which we term the Galactic Centre Chimneys, constitute a channel through which energy and mass, injected by a quasi-continuous train of episodic events at the Galactic centre, are transported from the central parsecs to the base of the Fermi bubbles.

研究の動機と目的

• 銀河中心域における中間スケール（約100–200 pc）での新しい X 線構造（Chimneys）の特徴づけ。
• Chimneys の物理特性（温度、密度、圧力）と Galactic Centre Lobe および Fermi bubbles との結びつきを調査。
• Chimneys および関連アウトフローのエネルギー収支と推定駆動機構を評価。
• 既知の GC アウトフロー特徴およびハロー構造の性質と Chimney を比較し、その起源と閉塞性を推定。

提案手法

• XMM-Newton と Chandra の X 線観測を組み合わせ、銀河の中心付近約 300×500 pc の拡散放射をマッピング。
• multi-component XSPEC モデリング（Tbabs(apec+pow+gauss+gauss)+Tbabs apec）を用いてスペクトルを分解し、プラズマ温度と発光度を導出。
• 仮定された奥行き（±15 pc のローブには 15 pc、Chimneys および高緯度放射には 150 pc）と表面輝度から n および P を推定するために密度と圧力のプロファイルを導出。
• contour binning (contbin) を用いて空間分解分光のために統一された S/N を持つ領域を作成。
• N_H、kT、および表面輝度の緯度・経度プロファイルを比較し、Chimneys を潜在的なアウトフロー・チャンネルとして解釈。
• 熱エネルギーと音速横断時間からエネルギー収支を推定し、特徴の電力要件を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 北半球と南半球の Galactic Centre Chimneys は中心部の GC 地域および GCL へ物理的に連結しているのか？
• RQ2 Chimneys の温度、密度、圧力プロファイルは何を示し、閉塞性またはアウトフロー性をどう示唆するのか？
• RQ3 Chimneys は inner ±15 pc ローブの継続を表すのか、それとも別個の広いアウトフロー成分なのか？
• RQ4 Chimneys および Fermi bubbles への結びつきを説明するエネルギー予算と燃料供給機構（例：超新星、潮汐破壊イベント、Sgr A* 活動）は何か？
• RQ5 磁場、IS M 構造、および銀河の気象がこれらの特徴の形態と閉塞性にどのような影響を与えるのか？

主な発見

• 顕著で縁が明るい殻状の構造（Chimneys）が Sgr A* の北方約160 pc に伸び、南方には明るく細長い特徴があり、GC を銀河核とブリッジする領域と重なり、GCL および X 線エッジ領域と重なる。
• Chimneys は約160 pc にわたり、プラズマ温度 kT が概ね一定で 0.7–0.8 keV、密度は近傍30 pc で約0.2 cm^-3、160 pc で約0.1 cm^-3 へ低下する。
• 緯度プロファイルは圧力勾配を示し、アウトフローのシナリオを支持するエネルギー含有量と幾何学が、静的なハロ特徴というよりはアウトフロー・チャンネルを示唆。
• Chimneys のX線放射ガスの熱エネルギーは約4×10^52 erg、推定電力は約4×10^39 erg s^-1 のスケールで、約3×10^5 年の時間スケールにわたり、星形成駆動風や潮汐破壊イベントをエネルギー源として整合する。
• ±15 pc ローブ近傍のSgr A* と Chimneys はおそらく二つの異なるアウトフローの結果であり、 episodic energy release によって駆動されている可能性が高く、Chimneys は GC を Fermi bubbles に結ぶチャネルとして機能する。
• plausible な充填因子と金属豊富さを仮定すると、形態は高密度IS M 相や磁気圧力（B ≈ 60–90 μG）による閉塞を支持し、平面起源のエネルギー注入が分布型になっていることを示唆。