[論文レビュー] The Herschel Virgo Cluster Survey: VI. The far-infrared view of M87

M. Baes, M. Clemens+30 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 40被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル PACS および SPIRE の遠赤外線観測を用いて M87 の放射の起源を調査し、非熱的シンクロトロン放射が遠赤外線スペクトルエネルギー分布および 250 µm 表面輝度マップを完全に説明できることを示した。拡散性ほこり成分の証拠は得られず、これは M87 の過酷な X線環境および過去のほこりと分子ガスに関する制約と整合的である。

ABSTRACT

The origin of the far-infrared emission from the nearby radio galaxy M87 remains a matter of debate. Some studies find evidence of a far-infrared excess due to thermal dust emission, whereas others propose that the far-infrared emission can be explained by synchrotron emission without the need for an additional dust emission component. We present Herschel PACS and SPIRE observations of M87, taken as part of the science demonstration phase observations of the Herschel Virgo Cluster Survey. We compare these data with a synchrotron model based on mid-infrared, far-infrared, submm and radio data from the literature to investigate the origin of the far-infrared emission. Both the integrated SED and the Herschel surface brightness maps are adequately explained by synchrotron emission. At odds with previous claims, we find no evidence of a diffuse dust component in M87, which is not unexpected in the harsh X-ray environment of this radio galaxy sitting at the core of the Virgo Cluster.

研究の動機と目的

• M87 の遠赤外線放射の起源について長年の議論である、それが熱的ほこり由来か非熱的シンクロトロン過程由来かを解明すること。
• M87 に報告された過去の遠赤外線過剰放射が、追加のほこり放射を仮定せずにシンクロトロン放射のみで説明可能かどうかを検証すること。
• 高分解能のハーシェル遠赤外線データを用いて、M87 に存在する可能性のある拡散的銀河間ほこり成分の存在と質量を制約すること。
• シンクロトロンモデルが電波からサブミリ波長にわたり多波長データと整合的であるかを評価すること。
• M87 がベェオ座クラスターの高温 X線環境に位置することを踏まえ、検出不能なほこりの欠如が銀河間物質に与える意味を評価すること。

提案手法

• ハーシェル・ベェオ座クラスター調査の一部として、100, 160, 250, 350, 500 µm でのハーシェル PACS および SPIRE の光度測定観測を取得した。
• 文献からのミッド赤外線、遠赤外線、サブミリ波長、電波データを用いて、遠赤外線波長における放射を予測するシンクロトロン放射モデルを構築した。
• シンクロトロンモデル画像を SPIRE ビームで畳み込み、観測された位置報酬と一致するよう再グリッド化し、250 µm マップとの直接比較を実施した。
• 保守的な 25% のフラックス不確実性（15% の絶対フラックス校正誤差、マップ作成の不確実性、背景汚染推定値を含む）を適用した。
• ビーム不一致補正（≤1.8%）を用いたが、フラックス密度にほとんど影響を及ぼさなかった。
• M87 の銀河間放射場における平衡に整合する 23 K のほこり温度を仮定して、ほこり質量の上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M87 の遠赤外線放射は、シンクロトロン放射に加えて、追加の熱的ほこり成分を必要としているか？
• RQ2 観測されたスペクトルエネルギー分布（SED）および 250 µm での表面輝度マップは、低波長データから導かれたシンクロトロンモデルで完全に再現可能か？
• RQ3 過剰放射の非検出を踏まえると、M87 に存在する拡散的銀河間ほこり成分の質量上限は何か？
• RQ4 ベェオ座クラスターの中心部の高温 X線環境を考慮すると、M87 における検出不能なほこりの欠如は予想通りか？
• RQ5 M87 に報告された過去の遠赤外線過剰放射は、シンクロトロンのみのモデルと整合的か、それともほこり寄与が必要か？

主な発見

• M87 の統合スペクトルエネルギー分布（SED）は、追加のほこり成分を必要とせず、シンクロトロン放射モデルで完全に説明可能である。
• ハーシェル SPIRE 250 µm 表面輝度マップは、シンクロトロンモデルによってよく再現されており、核、ジェット、SE ローブがモデル解像度で明確に分離可能な構造として識別できる。
• モデルを SPIRE ビームおよびピクセルスケールに畳み込んだ後、3つの構造が1つの拡張した構造に統合され、核から西に 4″ 離れた1つのピークを形成しており、観測画像の形状と一致する。
• シンクロトロン放射で説明できない遠赤外線過剰は検出されず、これは過去に 55 K のほこり成分が存在するとされた主張と矛盾する。
• 23 K のほこり温度を仮定した場合、M87 に存在する拡散的銀河間ほこり成分の質量上限は 7×10⁴ M☉ である。
• この結果は、M87 における冷却分子ガスおよび固有の X線吸収の非検出と整合的であり、クラスターの高温環境下でほこり粒子が生存可能な時間が 46 Myr 未満であるという予想とも一致する。