[論文レビュー] The similarity of observed X-ray coronae associated with L* disc and elliptical galaxies

Robert A. Crain, Ian G. McCarthy+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、$L_\star$ 磁気円盤銀河および楕円銀河のX線コロナが、X線輝度（$L_{\rm X}$）と$K$バンド輝度（$L_{\rm K}$）またはX線温度（$T_{\rm X}$）の間で同一のスケーリング関係を示すことを示しており、これは星風による駆動ではなく、衝撃加熱を受けて降着したガスに起因する共通の起源を示している。これらの関係の普遍性は、コロナガスが主にハロー形成過程における重力的および衝撃加熱によって形作られ、超新星駆動の外漏れが最小限であることを示唆している。

ABSTRACT

The existence of hot, X-ray luminous gaseous coronae surrounding present day L* galaxies is a generic prediction of galaxy formation theory in the cold dark matter cosmogony. While extended X-ray emission has been known to exist around elliptical galaxies for a long time, diffuse extra-planar emission has only recently been detected around disc galaxies. We compile samples of elliptical and disc galaxies that have Chandra and XMM-Newton measurements, and compare the scaling of the coronal X-ray luminosity (L_X) with both the K-band luminosity (L_K) and the coronal X-ray temperature (T_X). The X-ray flux measurements are corrected for non-thermal point source contamination by spatial excision and spectral subtraction for resolved and unresolved sources respectively. We find that the properties of the extended X-ray emission from galaxies of different morphological types are similar: for both elliptical and disc galaxies, the L_X - L_K and L_X - T_X relations have similar slope, normalisation and scatter. The observed universality of coronal X-ray properties suggests that the bulk of this emission originates from gas that has been accreted, shock-heated and compressed during the assembly of the galaxy and that outflows triggered by stellar processes make only a minor contribution to the X-ray emission. This reservoir of cooling gas is a potential source of morphological transformation; it provides a fresh supply of material for discs to grow around galaxies of all morphological types.

研究の動機と目的

• X線コロナが、形態が異なるにもかかわらず、$L_\star$ 磁気円盤銀河および楕円銀河で類似した物理的性質を持つかどうかを検証すること。
• 観測されたX線放射が主に冷却流入に起因するのか、それともフィードバック駆動の外漏れに起因するのかを特定すること。
• 降着、衝撃加熱、フィードバックといった銀河形成プロセスが、異なる銀河タイプのX線コロナをどのように形作っているかを評価すること。
• 観測されたX線スケーリング関係が、冷たいダークマター銀河形成モデルの予測と整合しているかどうかを評価すること。

提案手法

• $L_\star$ 磁気円盤銀河および楕円銀河のChandraおよびXMM-Newton X線データの収集。$L_{\rm X}$、$T_{\rm X}$、$L_{\rm K}$ が測定済みである。
• 解像可能な点源および解像不能な点源に対して、それぞれ空間的除外およびスペクトル減算による非熱的点源汚染の補正。
• 線形回帰と散乱解析を用いた、銀河タイプ間での$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$および$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係の統計的比較。
• 銀河スケールへの$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係の延長を図るため、銀河団および銀河クラスタからの外部データの統合。
• Apecプラズマモデルに基づく全波長補正を用いて、$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係の観測された不連続性がエネルギー帯選択の結果ではないことを検証。
• gimic流体力学的シミュレーションからのシミュレートデータの分析により、観測されたスケーリング関係の背後にある物理的メカニズムを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線コロナが、$L_\star$ 磁気円盤銀河および楕円銀河で同一の$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$スケーリング関係に従うか？
• RQ2 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係は、低温度（約1 keV）を含め、銀河形態にかかわらず普遍的か？
• RQ3 X線放射の主な物理的起源は何か—冷却流入か、フィードバック駆動の外漏れか？
• RQ4 観測されたX線スケーリング関係は、WF91アナリティカルモデルおよび宇宙論的シミュレーションの予測とどのように一致するか？
• RQ5 超新星フィードバックおよび他のプロセスが、磁気円盤銀河のコロナの期待されるX線輝度にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• $L_\star$ 磁気円盤銀河および楕円銀河の$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$および$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係は、傾き、ノーマライゼーション、散乱が区別できないほど同一であり、普遍的なコロナ特性を示している。
• $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$関係は、約1 keVで不連続性を示し、低温度域でより急な勾配を示しており、銀河団から個々の銀河にかけて滑らかに継続する。
• 観測されたX線放射は、超新星駆動の外漏れが主因であると整合しない。$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$関係は、フィードバックモデルが予測するように、星形成率と相関しない。
• X線コロナ特性の類似性は、放射の大部分が、継続的なフィードバックプロセスではなく、ハロー形成過程で衝撃加熱されたガスに起因していることを示唆している。
• データは、コロナガスが主に降着され、重力的および衝撃加熱プロセスによって加熱され、フィードバックはX線輝度を低下させる二次的役割を果たすというシナリオを支持している。
• 観測されたスケーリング関係は、gimicのような宇宙論的シミュレーションと整合しており、超新星フィードバックがコロナ内のガス密度とエントロピーを低下させ、WF91モデルの予測より低いX線輝度をもたらすことが示されている。