[論文レビュー] X-ray sources in the starburst spiral galaxy M83: nuclear region and discrete source population

Roberto Soria, Kinwah Wu|ArXiv.org|Jan 4, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 17被引用数 30

ひとこと要約

本研究は、星爆発スパイラル銀河M83のChandra ACIS-S3 X線データを分析し、81個の離散的源を解像し、未解像の核放射を特徴づけた。核X線放射の50%が未解像であり、そのうち70%が超新星および大質量星によって豊かにされた高温プラズマに起因すると判明した。核源とディスク源の明るさ関数に顕著な差が認められ、核における継続的な強力な星形成を示唆している。

ABSTRACT

Chandra has resolved the starburst nuclear region of the face-on grand-design spiral M83. Eighty-one point sources are detected above 3.5 sigma in the ACIS S3 image, and 15 of them are within the inner 16-arcsec region of the galaxy. A point source with L_x ~ 3 x 10^(38) erg/s in the 0.3--8.0 keV band is found to coincide with the infra-red nuclear photometric peak, one of the two dynamical nuclei of the galaxy. No point-like sources are resolved (at a 2.5-sigma level) at the centre of symmetry of the outer optical isophote ellipses, suspected to be another dynamical nucleus. About 50% of the total emission in the nuclear region is unresolved; of this, about 70% can be attributed to hot thermal plasma, and the rest is probably due to unresolved point sources (eg, faint X-ray binaries). The azimuthally-averaged radial distribution of the unresolved emission has a King-like profile, with no central cusp. Strong emission lines are seen in the spectrum of the optically thin plasma component. The high abundances of C, Ne, Mg, Si and S with respect to Fe suggest that the interstellar medium in the nucleus is enriched and heated by type-II supernova explosions and winds from massive stars. The cumulative luminosity distribution of the discrete X-ray sources is neither a single nor a broken power law. Separating the sources in the nuclear region (within a distance of 60 arcsec from the X-ray centre) from the rest reveals that the two groups have different luminosity distributions. The log[N(>S)]--log S curve of the sources in the inner region (nucleus and stellar bar) is a single power law, which we interpret as due to continuous, ongoing star formation. Outside the central region, there is a smaller fraction of sources brighter than the Eddington limit for an accreting neutron star.

研究の動機と目的

• 高解像度Chandraデータを用いて、M83の星爆発核におけるX線源集団を解像し、特徴づけること。
• 未解像X線放射の起源を特定し、拡散的プラズマと未解像点源の両者を区別すること。
• 離散的X線源の明るさ関数を調査し、60″以内の核領域とディスク領域の源集団を比較すること。
• 超新星の物質供給と星風が、核領域の星間媒体のX線スペクトルに与える影響を評価すること。
• 外側の光学等光度線の中心に第二の動的核が存在するかを、X線点源検出によって検証すること。

提案手法

• ACIS-S3チップ上で0.3–8.0 keVバンドの3.5-σ閾値でCIAOのcelldetectアルゴリズムを用いた源検出。
• XSPECを用いた個々の源および未解像放射のスペクトルフィッティング。吸収された熱プラズマ（Raymond-Smith）、ディスク黒体放射、およびパワー・ロウ成分を含むモデルを採用。
• 1.0、1.7、3.0 keVにおけるエネルギー依存の露出マップを用いて露出補正を行い、正規化されたカウント率を導出。
• 未解像放射の半径方向表面輝度プロファイルを方位平均を用いて解析し、キング型プロファイルにフィット。
• 60″半径内と外の源について、累積明るさ関数（log N(>S)–log S）を分析し、源集団を比較。
• He様式のC、Ne、Mg、Si、Sなどの発光ラインから、プラズマ温度、金属量、および径方向速度を推定するスペクトルライン解析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M83の核領域における未解像X線放射の性質と起源は何か？
• RQ2 核領域と銀河ディスクにおける離散的X線源の明るさ関数にはどのような相違があるか？
• RQ3 核X線全放射のうち、高温熱プラズマと未解像点源の寄与割合はそれぞれどの程度か？
• RQ4 外側の光学等光度線の中心に第二の動的核が存在するか、X線点源検出に基づいて証拠はあるか？
• RQ5 未解像スペクトルに観測される高い金属量と赤方偏移した発光ラインは、星間媒体の物質供給および運動学にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 3.5-σ以上で81個の離散的X線源が検出され、そのうち15個がM83の内側16″に位置した。
• L_X ≈ 3×10³⁸ erg s⁻¹の点源が、赤外核の光度ピークと一致しており、2つの動的核のうちの1つと特定された。
• 外側の光学等光度線の中心には点源が解像されず、2.5-σの上限が得られたことから、第二の推定される動的核に明るいX線源は存在しないと示唆された。
• 核X線全放射の50%が未解像であり、そのうち70%が高温熱プラズマ（kT ≈ 0.60 keV）に起因し、残りの30%が未解像点源およびPSFの翼に起因する。
• 未解像放射の半径分布は、中央にプラトーを持つキング型プロファイルに従い、星形成アークを越えて延びており、くぼみ（cusp）は認められない。
• 未解像スペクトルにはC、Ne、Mg、Si、Sの強力な発光ラインが観測され、赤方偏移速度は約7000 km s⁻¹であった。これは、Type II超新星およびWolf-Rayet星風に起因する金属が豊富なプラズマの噴出を示唆している。