[論文レビュー] The origin of the hot metal-poor gas in NGC1291: Testing the hypothesis of gas dynamics as the cause of the gas heating

Isabel Pérez, K. C. Freeman|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Apr 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、NGC 1291の中心部に存在する高温で金属不足なX線ガスが、外側のガス豊富な輪からの力学的降着によって加熱されているという仮説を検証する。ガスはバー駆動の衝撃波によって角運動量を失い、高い降着速度（約700 km/s）に達することでX線温度に加熱される。HII領域の金属量は太陽に近い（1.1×太陽）、X線ガスの低金属量（0.13×太陽）とは一致しないが、ガスの豊富化に要する時間スケールが十分に長いため、輪は初期に金属不足であった可能性があり、初期の金属不足段階からの力学的加熱が成立する余地が残る。

ABSTRACT

In this paper we test the idea that the low-metallicity hot gas in the centre of NGC 1291 is heated via a dynamical process. In this scenario, the gas from the outer gas-rich ring loses energy through bar-driven shocks and falls to the centre. Heating of the gas to X-ray temperatures comes from the high velocity that it reaches ($\approx$ 700 \kms) as it falls to the bottom of the potential well. This would explain why the stellar metallicity in the bulge region is around solar while the hot gas metallicity is around 0.1 solar. We carried out an observational test to check this hypothesis by measuring the metallicity of HII regions in the outer ring to check whether they matched the hot gas metallicity. For this purpose we obtained medium resolution long slit spectroscopy with FORS1 on the ESO VLT at Paranal and obtained the metallicities using emission line ratio diagnostics. The obtained metallicities are compatible with the bulge stellar metallicities but very different from the hot-gas metallicity. However, when comparing the different time-scales, the gas in the ring had time enough to get enriched through stellar processes, therefore we cannot rule out the dynamical mechanism as the heating process of the gas. However, the blue colours of the outer ring and the dust structures in the bar region could suggest that the origin of the X-ray hot gas is due to the infall of material from further out.

研究の動機と目的

• NGC 1291中心部の高温で金属不足なX線ガスが、外側のガス豊富な輪からの力学的降着によって起源をもつのかを検証すること。
• 星団のバルクの太陽に近い金属量と、X線放射ガスの低金属量（0.13×太陽）との矛盾を解消すること。
• 外側の輪に存在するHII領域の観測金属量が、高温X線ガスの金属量と整合するかを評価すること。
• リングにおけるガス豊富化の時間スケールが、観測された金属量と力学的加熱仮説を調和させるのに十分であるかを評価すること。

提案手法

• VLTのFORS1を用いて中分解能長スリット分光を実施し、NGC 1291の外側の輪におけるHII領域の発光線比を測定した。
• 観測された線輝度から、発光線比診断（例：R23、O3N2）を用いてHII領域の金属量を導出した。
• Chandra観測から得られたX線ガス金属量（0.13±0.04×太陽）と、導出されたHII領域の金属量を比較した。
• 星間物質の過程（SNe Ia、質量損失など）によるガス豊富化の時間スケールを、単純なクローズドボックスモデルを用いて推定した。
• バーのポテンシャルと速度分散（σ ≈ 160 km/s）を用いて、ガスの降着時間スケールを評価し、ポテンシャル井戸から降着速度 ≈ 700 km/sを推定した。
• 降着時間スケール（約300 Myr）と豊富化時間スケール（>1 Gyr）を比較することで、力学的加熱シナリオの整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1291の外側の輪に存在するHII領域の金属量は、中心部のX線放射ガスの低金属量（0.13×太陽）と整合するか？
• RQ2 外側の輪が初期に金属不足であった可能性はあり、その場合高温ガスが力学的降着によって起源をもつことは可能か？
• RQ3 NGC 1291におけるガス豊富化と力学的降着の観測時間スケールが、X線ガスの力学的加熱仮説を支持するか？
• RQ4 X線ガスが外側の輪から起源をもつという仮説を支持するか、あるいは外部からの起源を示唆する証拠は何か？
• RQ5 バーおよびレンズ領域における観測されたダスト構造と青色の色は、高温ガスの外部起源を示唆するか？

主な発見

• NGC 1291の外側の輪に存在する2つのHII領域の金属量は、太陽に近い（1.1×太陽）であり、X線ガスの金属量（0.13×太陽）とは顕著に異なる。
• X線金属量の推定値に20％の不確実性があるとしても、HII領域とX線ガスの金属量の差異は依然として顕著であり、両者の調和は不可能である。
• 星間物質の過程（例：SNe Ia、質量損失）によるリング内ガスの豊富化に要する時間スケールは1 Gyr以上にのぼり、これは約300 Myrの力学的降着時間スケールよりも長い。
• 長時間の豊富化スケールは、外側の輪が過去に金属不足であった可能性を示しており、X線ガスがリングの初期金属不足段階からの力学的降着によって起源をもつことは妥当である。
• バーおよびレンズ領域における青色の色と複雑なダストの形態は、継続的または最近の星形成および外部ガス降着の可能性を示しており、高温ガスの外部起源を支持する。
• 現在のHII領域の金属量は仮説と矛盾するが、豊富化と降着の時間スケールの不一致により、初期の金属不足段階からの力学的加熱機構は依然として妥当である。