[論文レビュー] The multi-phase gaseous halos of star forming late-type galaxies - II. Statistical analysis of key parameters

R. Tuellmann, D. Breitschwerdt+3 more|ArXiv.org|Apr 26, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、XMM-Newton X線、電波、Hα、FIR、UV、Bバンドのデータを用いて、23個の縁面向きの後期型スパイラル銀河における多相性ガスハローの統計的分析を実施した。軟X線の全波長放射度と星形成指標（FIR、電波、Hα、UV、Bバンド、SFR、およびSNエネルギー入力）との間に強い線形相関が確認され、ハローが外部からの降着ではなく星形成フィードバックによって駆動されていることを支持する。また、ハロー形成にSFRまたはエネルギーの閾値が必要である可能性の証拠も得られた。

ABSTRACT

In Paper I we showed that multi-phase gaseous halos of late-type spiral galaxies, detected in the radio continuum, in Halpha, and in X-rays, are remarkably well correlated regarding their morphology and spatial extent. In this work we present new results from a statistical analysis in order to specify and quantify these phenomenological relations. This is accomplished by investigating soft X-ray (0.3-2.0keV) luminosities, FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities for a sample of 23 edge-on late-type spiral galaxies. Typical star formation indicators, such as SFRs, are determined and a statistical correlation analysis is carried out. We find strong linear correlations, covering at least two orders of magnitude, between star formation indicators and integrated (disk+halo) luminosities in all covered wavebands. In addition to the well established L_FIR/L_1.4GHz-relation, we show new and highly significant linear dependencies between integrated soft X-ray luminosities and FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities. Moreover, integrated soft X-ray luminosities correlate well with SFRs and the energy input into the ISM by SNe. The same holds if these quantities are plotted against soft halo X-ray luminosities. Only a weak correlation exists between the dust mass of a galaxy and the corresponding X-ray luminosity. Among soft X-ray luminosities, baryonic, and HI-gas masses, no significant correlations are found. There seems to exist a critical input energy by SNe into the ISM or a SFR threshold for multi-phase halos to show up. It is still not clear whether this threshold is a physical or an instrument dependent sensitivity limit. These findings strongly support our previous results, but conflict with the concept of halos being due to infalling gas from the IGM.

研究の動機と目的

• 後期型スパイラル銀河における多相性ガスハロー（電波、Hα、X線）の記述的形態的相関を定量化すること。
• 異なる波長域における統合放射度がSFR、FIR、UV、およびSNエネルギー入力といった星形成指標と相関するかどうかを検証すること。
• 多相性ハロー形成に臨界エネルギー閾値またはSFRが必要かどうかを調査すること。
• ハロー形成が星形成フィードバックによるものか、または銀河間媒体からの降着によるものかを区別すること。

提案手法

• XMM-Newtonで観測された23個の縁面向き後期型スパイラル銀河について、軟X線（0.3–2.0 keV）、電波（1.4 GHz）、Hα、FIR、Bバンド、UV（1550–1650 Å）の放射度を分析した。
• Kennicutt（1998）のキャリブレーションを用いて、FIRおよびHα放射度から星形成率（SFR）を計算した。
• SFRおよび星の質量関数に基づき、単位面積あたりの超新星エネルギー入力率（$\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$）を算出した。
• 複数の波長域と星形成トレーサー間の統計的相関分析を行い、少なくとも2桁の範囲で線形関係を同定した。
• フィードバック駆動プロセスを分離するために、全放射度（ディスク＋ハロー）とハローのみの軟X線放射度を別々に分析した。
• 相関の特異性を検証するため、ダスト質量およびH i質量を星形成とは関係のないトレーサーとして用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後期型銀河において、統合軟X線放射度とFIR、電波、Hα、UV、Bバンド放射度といった星形成指標との間に有意な統計的相関が存在するか？
• RQ2 ハロー領域の軟X線放射度が星形成率および超新星エネルギー入力率と相関するか。これはフィードバック駆動の起源を示唆するか？
• RQ3 多相性ガスハロー形成にSFRまたは超新星エネルギー入力の臨界閾値が必要か？
• RQ4 X線放射度とダスト質量またはH i質量との相関は、ハローが主に外部からの降着によるものか、内部プロセスによるものかを示唆するか？
• RQ5 軟X線放射度と超新星からのエネルギー入力との間の観測相関の性質は何か。これは物理的閾値を示唆するのか、あるいは機器の感度限界に起因するのか？

主な発見

• 統合軟X線放射度とFIR、電波連続体（1.4 GHz）、Hα、Bバンド、UV放射度との間に強い線形相関（少なくとも2桁の範囲で）が確認された。
• 軟X線放射度と星形成率（SFR）との間に極めて有意な線形相関が確立され、相関係数はr ≈ 0.92であった。
• 軟X線放射度は、単位面積あたりの超新星エネルギー入力率（$\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$）と強い線形相関を示し、星のフィードバックと直接的な関連があることを示した。
• 軟X線放射度とH iガス質量やバリオン質量との間に有意な相関は認められず、中性ガスがハロー放射度に主たる寄与をしているとは考えにくくなった。
• ダスト質量とX線放射度との間にわずかな相関が認められたが、これはダストがX線放射度の主因ではないことを示唆している。
• データは、多相性ハロー形成にSFRまたは超新星エネルギー入力の閾値が必要である可能性を示唆しているが、これが物理的閾値か、機器の感度限界に起因するのかはまだ不明である。