[論文レビュー] XMM-Newton observation of M87 I. Single-phase temperature structure of intracluster medium

Kyoko Matsushita, E. Belsole+2 more|ArXiv.org|Jan 15, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 49被引用数 99

ひとこと要約

本研究では、M87のクランスターカラム中間媒体（ICM）のXMM-Newton X線データを分析し、中心のAGNおよびラジオ領域を除き、大部分のクラスターコアで一相性で等温な温度構造が得られた。冷却フロー模型の予測とは対照的であり、0.8 keV未満の低温成分が存在せず、過剰な吸収も認められないことから、顕著な冷却フローは存在しない。中心ICMは、多相冷却を経験しているのではなく、cD銀河の重力ポテンシャルと動的平衡にあると考えられる。

ABSTRACT

We report the results of a detailed analysis of the temperature structure of the X-ray emitting plasma halo of M~87, the cD galaxy of the Virgo Cluster. Using the MEKAL model, the data provide strong indications that the intracluster medium has a single phase structure locally, except the regions associated to the radio structures. The deprojected spectrum at each radius is well fitted by a single temperature MEKAL model, except for the very central region ($

研究の動機と目的

• 高分解能XMM-Newton X線分光法を用いて、M87のクランスターカラム中間媒体（ICM）の温度構造を調査すること。
• 0.8 keV未満の顕著な冷却成分を予測する標準冷却フロー模型の妥当性を検証すること。
• 低温スペクトル特徴の欠如を説明するため、過剰な吸収や金属量の不均一性が寄与するかどうかを評価すること。
• 中心のAGNおよびラジオ領域がICMの温度構造に与える歪みの役割を評価すること。
• 観測されたICM温度とcD銀河の重力ポテンシャルの深さ、および星の速度分散を比較すること。

提案手法

• 半径領域ごとにXMM-Newton EPIC-pnデータの非投影スペクトル解析を実施し、温度プロファイルを導出すること。
• MEKALモデルを用いてスペクトルをフィットし、プラズマの温度および組成構造を単一温度プラズマ放射の仮定の下で決定すること。
• 異なる原子物理学的仮定に基づくAPECスペクトルモデルを用いて再解析し、結果の一貫性を検証すること。
• Fe-LおよびFe-K線強度に及ぼす共鳴散乱の影響を評価し、低エネルギー特徴の抑制に果たす役割を検討すること。
• ICMの温度および密度分布から重力的質量プロファイルを構築し、cD銀河のポテンシャルと比較すること。
• 距離を17 Mpcとし、スペクトルモデリングに太陽系Fe含有量（数密度で4.68×10⁻⁵）を採用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M87のクランスターカラム中間媒体（ICM）は、クラスターコア全域で一相性か、多相性の温度構造を示すか？
• RQ2 標準冷却フロー模型が予測する0.8 keV未満の冷却フロー成分が、観測で確認されるか？
• RQ3 共鳴散乱や金属量の不均一性が、低エネルギーFe-L発光線の欠如を説明できるか？
• RQ4 観測されたICM温度プロファイルは、cD銀河の重力ポテンシャルの深さとどのように一致するか？
• RQ5 スペクトル解析から得られる質量沈着率は、画像ベースの推定値と比べてどの程度か？

主な発見

• 中心に近い領域を除き、各半径における非投影スペクトルは、一様温度MEKALモデルで良好にフィットされ、局所的に一相性ICMであることが示された。
• ICMの温度は中心で1 keVから80 kpc（約80 kpc半径）で2.5 keVへと単調に上昇し、半径に伴い増加する傾向を示した。
• 0.8 keV未満のガス冷却の顕著なスペクトル的痕跡は検出されず、標準冷却フロー模型の予測とは矛盾した。
• スペクトル質量沈着率（$\dot{M}_{\rm{S}}$）の上限は、1.6′（1 $r_e$）で約0.4 $M_{\odot}$ yr⁻¹であり、画像ベースの推定値（$\dot{M}_{\rm{I}}$）の約4 $M_{\odot}$ yr⁻¹と比べて1桁小さい。
• 中心ICM温度（1 keV）はcD銀河の重力ポテンシャルの深さと一致し、星の速度分散とも相関を示しており、動的平衡（Virial平衡）にあることを示唆した。
• 1 $r_e$内での観測されたFe含有量（約1太陽系）は、強い冷却フローが存在する場合に予想される金属貧乏ガスによる希釈によって低下するはずであるが、そのような低下は観測されなかった。