[論文レビュー] XMM-Newton observations of the cluster of galaxies Abell496 -Measurements of the elemental abundances in the intracluster medium-

Takayuki Tamura, J. A. M. Bleeker+3 more|ArXiv.org|Sep 21, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 30被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、XMM-Newtonを用いたアベル496の観測を通じて、団クラスター内媒体（ICM）における空間的に分解された元素の過剰度を測定した。EPICおよびRGS機器を用いて、鉄（Fe）、ケイ素（Si）、硫黄（S）の中心部での過剰度が明らかになり、酸素（O）の過剰度は半径方向で一定であった。O/Fe比は、主にIa型超新星からの寄与を示唆しており、本システムにおいて、初めて高精度で金属の増幅過程を制約した。

ABSTRACT

The results from XMM-Newton observations of the relaxed cluster of galaxies Abell~496 are presented. The spatially-resolved X-ray spectra taken by the European Photon Imaging Cameras show a temperature drop and a Fe abundance increase in the intra-cluster medium (ICM) towards the cD galaxy at the cluster center. The abundances of Si and S also show a central enhancement. High resolution soft X-ray spectra obtained with the Reflection Grating Spectrometers provides a strong constraint on the temperature structure in the central cool plasma. Furthermore, the O abundance at the cluster core is accurately measured based on the OVIII Ly alpha line detected with the RGS. Contrary to the Si, S, and Fe abundances, the O abundance is radially constant over the cluster.

研究の動機と目的

• XMM-Newtonのデータを用いて、安定したクラスターであるアベル496の団クラスター内媒体（ICM）における空間的に分解された元素の過剰度を測定すること。
• 特に酸素の半径方向分布を特定することで、Ia型とII型超新星からの寄与を区別する上で重要な要因を明らかにすること。
• 特に鉄の線に対して影響を及ぼす共鳴散乱の影響を、クラスター中心部の過剰度測定に及ぼす影響を評価すること。
• 軟X線スペクトルと温度プロファイルの分析を通じて、中心部冷却流れの存在と性質を調査すること。
• XMM-Newton以前のミッションでは機器感度の制限により制限されていた、正確なO過剰度測定を提供すること。

提案手法

• 0.4–8.0 keVのエネルギー範囲をカバーする、XMM-NewtonのEPIC-MOSおよびPN機器から、準点および非準点観測を用いて空間的に分解されたX線スペクトルを抽出した。
• 反射グレーティングスペトロメータ（RGS）は、0.5–2.0 keVの高分解能軟X線スペクトルを提供し、O viii ライマンα線の正確な測定と温度構造の制約に寄与した。
• スペクトルフィッティングには、SPEXパッケージを用い、MEKALプラズマ放射コードを採用し、太陽系の過剰度は Anders & Grevesse (1989) の値を採用した。
• バックグラウンド除去（1.2 keV未満で50％、それ以上で20％）および機器応答（3％）による系統的不確実性を、誤差予算に組み込んだ。
• Fe線に対する共鳴散乱効果は、τ ≈ 3–4の範囲で評価され、RGSフィッティングにおいてFe xxiv線領域を除外することで、過剰度測定への影響をテストした。
• 等圧仮定の下で質量沈着率を推定し、1.0 keV未満での放射線の欠如を検証することで、冷却流れモデルの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アベル496のICMにおける元素過剰度、特に酸素の半径方向分布はどのように変化するか？
• RQ2 クラスター中心部におけるFe、Si、S、Oの過剰度はどのように比較され、それらの相対的過剰度は超新星の前身星に何を示唆するか？
• RQ3 Fe線の共鳴散乱は、クラスター中心部における推定温度および過剰度プロファイルにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 中心部冷却流れの証拠は存在するか？もしあるならば、推定される質量沈着率はどの程度か？
• RQ5 観測された過剰度比は、Ia型およびII型超新星からの理論的生成量とどのように一致するか？

主な発見

• Fe過剰度はクラスター中心に向かって増加し、太陽系を基準に正規化した場合、中心部での過剰度は1.31 ± 0.24に達し、cD銀河周辺での強い金属増幅を示唆している。
• SiおよびSの過剰度も中心部で増加しており、中心部におけるSi/Fe比は1.31 ± 0.24、S/Fe比は1.45 ± 0.34であった。
• O過剰度は半径方向で一定で、太陽系を基準に正規化した場合0.87 ± 0.28であった。中心部に過剰がないことから、主にII型超新星からの寄与が支配的であると示唆される。
• O/Fe比は0.87 ± 0.28であり、理論的生成量（0.035–0.006）と整合的で、酸素の寄与が主にIa型超新星由来であることを示し、II型超新星の寄与が支配的である可能性を除外する。
• Fe線の共鳴散乱は、観測された過剰度差を説明するには不十分であり、その影響は最大で30％にとどまり、OおよびSi線に顕著な影響を及ぼさない。
• 1.0 keV未満での顕著な放射線は検出されず、冷却流れの質量沈着率は10 h⁻² M⊙ yr⁻¹未満であると推定され、他のcDクラスター系と整合的であった。