[論文レビュー] X-ray Absorption Toward Abell 2029 due to a Foreground Spiral

T. E. Clarke, Juan M. Uson+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 19被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、Chandra X線望遠鏡のデータを用いて、赤方偏移 z=0.0221 の縁側スパイラル銀河（UZC J151054.6+054313）が、銀河団アベル2029の中心部で観測されたソフトX線吸収を引き起こしていることを特定した。この吸収は、水素原子密度 (2.0±0.4)×10²¹ cm⁻² を示し、全水素質量が (6.2±1.2)×10⁸ d₉₀² M☉ に相当すると推定され、ダークマターの分布を制限し、散らばったバリオン性ガスがこの系における主要なダークマター成分である可能性を排除した。

ABSTRACT

We have detected an X-ray absorption feature against the core of the galaxy cluster Abell 2029 (z=0.0767) which we identify with the foreground galaxy UZC J151054.6+054313 (z=0.0221). Optical observations (B, V, R, and I) indicate that it is an Scd galaxy seen nearly edge-on at an inclination of 87 \pm 3 degrees. HI observations give a rotation velocity of 108 kms and an atomic hydrogen mass of M_{HI} = 3.1 X 10^9 d_{90}^2 \msun, where d_{90} is the distance to the galaxy in units of 90 Mpc. X-ray spectral fits to the Chandra absorption feature yield a hydrogen column density of (2.0 \pm 0.4) X 10^{21} cm^{-2} assuming solar abundances. If the absorber is uniformly distributed over the disk of the galaxy, the implied hydrogen mass is M_H = (6.2 \pm 1.2) X 10^8 d_{90}^2 \msun. Since the absorbing gas in the galaxy is probably concentrated to the center of the galaxy and the middle of the disk, this is a lower limit to the total hydrogen mass. On the other hand, the absorption measurements imply that the dark matter in UZC J151054.6+054313 is not distributed in a relatively uniform diffuse gas.

研究の動機と目的

• アベル2029の中心部で検出されたソフトX線吸収特徴の原因を調査すること。
• 吸収物質が前方のスパイラル銀河 UZC J151054.6+054313 に関連しているかどうかを特定し、その性質を特徴づけること。
• X線吸収測定値を用いて、特に散らばったバリオン性ガスの形で存在する可能性があるダークマターの分布と質量を制約すること。
• X線吸収をH Iおよび光学データと比較し、吸収ガスの空間的分布と金属量を評価すること。
• 散らばったバリオン的ダークマターのモデル（例えば、高密度ガス雲や拡張したハロー）に対する意味を評価すること。

提案手法

• アベル2029のアーカイブ観測データ（19.8 ksec）を用いたChandra X線望遠鏡ACIS-S3の分析。エネルギー範囲（0.3–10 keV）およびグレード（ASCA 0,2,3,4,6）にフィルタを適用。
• 空スカイ背景ファイルと現地背景推定を用いてソフトX線背景をモデル化。銀河縁の前方および宇宙論的X線背景の補正を施した。
• 太陽の元素組成を仮定した光電離吸収モデルを用いてスペクトルフィッティングを行い、水素原子密度を導出。
• 距離 d₉₀（90 Mpc）に比例するようにスケーリングし、銀河ディスク全体に均一に分布していると仮定して、吸収ガスの水素質量を推定。
• 21-cm H I線データとX線吸収を比較し、観測された中性水素質量とX線吸収の整合性を評価。
• H I質量と金属量制約とを比較して、銀河内に存在する追加の散らばったガスまたはダストの質量上限を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アベル2029の中心部で検出されたソフトX線吸収特徴の原因は何か。これは前方のスパイラル銀河に関連しているか？
• RQ2 吸収ガス内の水素の固有原子密度は何か。また、銀河内の測定済みH I質量と比べてどうか？
• RQ3 X線吸収測定値は、散らばったバリオン性ガスがスパイラル銀河におけるダークマターの主要成分である可能性を排除できるか？
• RQ4 吸収ガスの空間的分布（例えば、ディスク中心に集中しているなど）は、推定される全水素質量にどのように影響するか？
• RQ5 X線吸収測定値は、高密度ガス雲や拡張したハローなどのバリオン的ダークマターのモデルにどのような制約を課えるか？

主な発見

• アベル2029におけるX線吸収特徴は、赤方偏移 z=0.0221 の縁側スパイラル銀河 UZC J151054.6+054313 に起因し、光学およびH Iデータにより同定された。
• X線スペクトルフィッティングにより、太陽の元素組成を仮定した場合、水素原子密度は (2.0±0.4)×10²¹ cm⁻² であると導出された。
• 吸収ガスに含まれる水素質量は、ディスク全体に均一に分布していると仮定した場合、(6.2±1.2)×10⁸ d₉₀² M☉ に相当する。
• この質量は下限値であり、ガスがディスク中心に集中している可能性が高く、均一分布ではないと仮定した場合、実際の質量はこれより大きい可能性がある。
• X線吸収はH I質量から予想される値より小さいため、星間媒体内での金属量が低いか、ガス分布が不均一である可能性がある。
• 測定結果は、散らばったバリオン性ガスがダークマターの主要形態である可能性を排除しており、球状ハロー内では~9×10⁹ M☉ 未満、ディスク内では<6×10⁸ M☉ 未満に制限される。これらは全ダークマス (~2.7×10¹⁰ d₉₀ M☉) よりも顕著に小さい。