[論文レビュー] X-ray observations of the starburst galaxy NGC 253:II. Extended emission from hot gas in the nuclear area, disk, and halo

W. Pietsch, A. Vogler+2 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、深紫外ROSAT X線観測を用いて、NGC 253の核領域、ディスク、ハローにおける非常に高温のガスからの拡張したソフトX線放射を明らかにした。各成分が合計X線光度（L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹）のほぼ1/3を占めている。放射は、星形成核によって駆動されるスーパーウインドに起因し、熱プラズマモデルによってそれぞれの成分が特定可能であり、非対称なハロー放射は、影の効果により銀河の縁面指向であることを確認する。

ABSTRACT

Spatial and spectral analysis of deep ROSAT HRI and PSPC observations of the near edge-on starburst galaxy NGC 253 reveal diffuse soft X-ray emission, which contributes 80% to its total X-ray luminosity (L$_{ m X} = 5 10^{39}$ \ergsec, corrected for foreground absorption). The nuclear area, disk, and halo contribution to the luminosity is about equal. The starburst nucleus itself is highly absorbed and not visible in the ROSAT band. We describe in detail spectra and morphology of the emission from the nuclear area, disk and halo and compare our results to observations at other wavelengths and from other galaxies. (abridged)

研究の動機と目的

• 星形成銀河NGC 253における拡散的ソフトX線放射の空間的およびスペクトル的性質を特徴づけること。
• 核領域、ディスク、ハローにおける高温ガスの起源および物理的状態を特定すること。
• 銀河的スーパーウインド、フォンテーヌ、および隠れたAGN活動からの寄与を区別すること。
• X線形状および吸収を用いて、NGC 253の3次元幾何学的形状と方位を制約すること。
• 多波長データと比較し、非平衡冷却およびウインド駆動流出のモデルを検証すること。

提案手法

• NGC 253の深紫外ROSAT HRIおよびPSPC観測の空間的およびスペクトル的解析。
• 水素吸収量（N_H）を変化させた熱放射および薄い熱プラズマモデルによるX線スペクトルのモデリング。
• 発光を明確に分離：核領域、ディスク、コロナ（高さスケール ~1 kpc）、外側ハロー（投影距離最大9 kpc）。
• 銀河の前景吸収（N_H = 1.3×10²⁰ cm⁻²）を基準として、固有の吸収および幾何学的形状を推定。
• X線表面輝度プロファイルを1.46 GHzの電波およびHα画像と比較し、構造的相関を特定。
• NWハロー放射のフィットに、2温度プラズマモデルおよび硬X線尾部におけるガウス成分の適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外側ハローにおけるX線放射は、核のスーパーウインドに起因するのか、それとも星形成ディスクからのガスが銀河フォンテーヌによって運ばれた高温ガスに起因するのか？
• RQ2 ハローのX線スペクトルは、遅延再結合モデルで記述可能か？
• RQ3 核およびX線プラウムの放射は、星形成に起因するのか、それとも隠れたAGNからのジェット的活動に起因するのか？
• RQ4 非平衡冷却が、拡張するハローのプラズマのX線スペクトルをどのように形作っているのか？
• RQ5 観測されたX線非対称性は、NGC 253の3次元的方位および幾何学的形状をどのように制約するか？

主な発見

• NGC 253の合計X線光度は L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹ であり、その80％が拡散放射に起因する。核、ディスク、ハローの各成分がそれぞれ約1.2×10³⁹ erg s⁻¹を寄与している。
• 核源（X34）は、重度に吸収された熱的ブレムストラールング放射源（T = 1.2 keV、N_H = 3×10²¹ cm⁻²）であり、全波長幅（FWHM）は250 pcで、核からSE小径軸に沿って100 pc上方に位置する。
• X線プラウムは、中空の円錐形構造（開口角32°、延長約700 pc）であり、熱的ブレムストラールング（T = 1.2 keV、N_H = 3×10²⁰ cm⁻²、L_X = 4.6×10³⁸ erg s⁻¹）と薄い熱プラズマ（T = 0.33 keV、銀河の吸収、L_X = 4×10³⁸ erg s⁻¹）の複合モデルで最もよくフィットする。
• ディスク放射はらせん構造に従い、薄い熱プラズマ（T = 0.7 keV、固有L_X = 1.2×10³⁹ erg s⁻¹）で最もよく記述される。表面輝度プロファイルは、内側（±3.4 kpc）および外側（±7.5 kpc）の成分を示し、1.46 GHz電波プロファイルと一致する。
• X線コロナ（高さスケール ~1 kpc）は、近側（SE）でのみ検出され、T = 0.2 keV、L_X = 7.8×10³⁸ erg s⁻¹ である。遠方（NW）からの放射は影を受けており、縁面幾何学的形状を確認する。
• 外側ハロー放射は、9 kpcの投影距離まで延長し、ホーン状の構造を示す。スペクトルはより硬く、光度も高い（NWで10×10³⁸ erg s⁻¹、SEで5×10³⁸ erg s⁻¹）ため、2温度モデル（0.13および0.62 keV）またはガウス成分を含む薄いプラズマモデルが必要で、妥当なフィットが得られる。