[論文レビュー] XMM observation of M~87 II. Abundance structure of the interstellar and intergalactic medium

Kyoko Matsushita, A. Finoguenov+1 more|ArXiv.org|Dec 3, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 61

ひとこと要約

本研究では、M87のクランスターミディアのXMM-Newton X線データを分析し、酸素、マグネシウム、ケイ酸、硫黄、アルゴン、カルシウム、鉄の7元素の半径方向の元素組成プロファイルを導出している。鉄/ケイ酸比は太陽値に近い0.9を維持し、半径方向の勾配は見られないが、ケイ酸、硫黄、アルゴン、カルシウム、鉄は2′以降で強く減少し、1.5′以内で約1.5太陽値に一定値に達する。酸素/ケイ酸比は中心部で太陽値の半分未満であり、外側へ向かって増加しており、これはSN Iaが鉄とケイ酸に顕著な寄与をしていることを示唆し、古くから安定した星族における明るさが小さいSN Iaと整合的である。

ABSTRACT

Based on a detailed study of the temperature structure of the intracluster medium in the halo of M~87, abundance profiles of 7 elements, O, Mg, Si, S, Ar, Ca, and Fe are derived. In addition, abundance ratios are derived from the ratios of line strengths, whose temperature dependences are small within the temperature range of the ICM of M~87. The abundances of Si, S, Ar, Ca and Fe show strong decreasing gradients outside 2$'$ and become nearly constant within the radius at $\sim1.5$ solar. The Fe/Si ratio is determined to be 0.9 solar with no radial gradient. In contrast, the O abundance is less than a half of the Si abundance at the center and has a flatter gradient. The Mg abundance is $\sim$1 solar within 2$'$, which is close to stellar abundance within the same radius. The O/Si/Fe pattern of M~87 is located at the simple extension of that of Galactic stars. The observed Mg/O ratio is about 1.25 solar, which is also the same ratio as for Galactic stars. The O/Si/Fe ratio indicates that the SN Ia contribution to Si and Fe becomes important towards the center and SN Ia products have similar abundances of Si and Fe at least around M~87, which may reflect dimmer SN Ia observed in old stellar systems. The S abundance is similar to the Si abundance at the center, but has a steeper gradient. This result suggests that the S/Si ratio of SN II products is much smaller than the solar ratio.

研究の動機と目的

• 高分解能X線分光法を用いて、M87の星間・銀河間媒体の半径方向の元素組成構造を特定すること。
• Type IaおよびType II超新星がICMの金属増加に与える相対的寄与を調査すること。
• 星の質量損失およびSN Iaの生成物が、M87の中心部における観測された元素組成パターンに果たす役割を評価すること。
• 温度依存性バイアスを最小限に抑えるために、線幅比法による元素組成決定の信頼性を評価すること。

提案手法

• M87のハロー全域にわたる半径方向スペクトルプロファイルを取得するため、XMM-Newton EPIC-pnおよびMOSスペクトルの再投影処理を行う。
• 熱的X線放射をモデル化し、元素組成を導出するために、MEKALおよびAPECプラズマ放射コードを用いて再投影スペクトルをフィッティングする。
• 線幅比プロファイル（例：鉄/ケイ酸、硫黄/ケイ酸）を用いて元素組成比を決定し、温度依存性の補正を施す。
• 中心部（R < 2′）では複数の成分が検出されるため、2温度モデルを適用する。
• 特に酸素およびネオン線に対して、共鳴線散乱効果が元素組成測定に与える影響を評価する。
• Feldman（1992）の太陽値と比較し、90％信頼区間を用いて導出された組成を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M87のクランスターミディアにおける酸素、マグネシウム、ケイ酸、硫黄、アルゴン、カルシウム、鉄の半径方向の元素組成プロファイルは何か？
• RQ2 α元素（酸素、ネオン、マグネシウム、ケイ酸）の組成勾配は、鉄および中程度質量の元素（硫黄、アルゴン、カルシウム）のそれとどのように異なるか？
• RQ3 観測された鉄/ケイ酸比および酸素/ケイ酸比は、SN IaとSN IIの金属増加への相対的寄与に何を示唆するか？
• RQ4 温度依存性が弱いため、S/Si比がSN IaとSN IIの寄与を示すのに信頼できるトレーサーであると言えるか？
• RQ5 観測された組成は、銀河系の星や星族モデルにおけるものとどのように比較できるか？

主な発見

• 鉄/ケイ酸組成比は0.9 ± 0.1太陽値であり、半径方向の勾配は見られず、ハロー全域で一貫したSN Iaの寄与を示している。
• ケイ酸、硫黄、アルゴン、カルシウム、鉄の組成は2′以降で強く減少し、1.5′以内で約1.5–1.7太陽値に一定値に達する。
• 中心部では酸素組成がケイ酸組成の半分未満であり、半径が増加するにつれて増加し、r < 2′ではO/Si < 0.5太陽値である。
• マグネシウム/酸素組成比は1.25太陽値であり、半径方向の勾配はなく、銀河系の星の組成と整合的である。
• M87における酸素/ケイ酸/鉄の組成パターンは、銀河系の星と非常に類似しており、普遍的な金属増加パターンを示唆している。
• S/Si比はr < 4′で約1.0太陽値からr > 10′で約0.7太陽値に低下しており、太陽系と比較してSN IIがケイ酸に対して硫黄を相対的に少ない割合で生成していることを示唆している。