[논문 리뷰] A Persistent High-Energy Flux from the Heart of the Milky Way : Integral's view of the Galactic Center

G. Bélanger, A. Goldwurm외 7명|ArXiv.org|2005. 08. 04.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 67인용 수 52

한 줄 요약

이 논문은 INTEGRAL 위성으로부터의 고에너지 X선 및 연한 감마선 관측을 제시하며, 은하수 중심부에서 Sgr A*로부터 1arcmin 이내에 중심을 두고 있는 지속적이고 확산되며 비열역학적 방출 영역을 규명한다. Isgri와 XMM-Newton 데이터의 통합은 처음으로 넓은 대역 스펙트럼(20–400 keV)을 제공하며, 빛의 세기는 (5.37 ± 0.21) × 10³⁵ erg s⁻¹로 측정되었고, 유의미한 변화가 없어, 이는 점원체가 아니라 Sgr A East 초신성 잔해와 관련된 밀도 높은 확산 방출 영역일 가능성이 높음을 시사한다.

ABSTRACT

The Ibis/Isgri imager on Integral detected for the first time a hard X-ray source, IGR J17456-2901, located within 1' of Sgr A* over the energy range 20-100 keV. Here we present the results of a detailed analysis of ~7 Ms of Integral observations of the GC. With an effective exposure of 4.7 Ms we have obtained more stringent positional constraints on this HE source and constructed its spectrum in the range 20-400 keV. Furthermore, by combining the Isgri spectrum with the total X-ray spectrum corresponding to the same physical region around SgrA* from XMM data, and collected during part of the Integral observations, we constructed and present the first accurate wide band HE spectrum for the central arcmins of the Galaxy. Our complete analysis of the emission properties of IGR shows that it is faint but persistent with no variability above 3 sigma contrary to what was alluded to in our first paper. This result, in conjunction with the spectral characteristics of the X-ray emission from this region, suggests that the source is most likely not point-like but, rather, that it is a compact, yet diffuse, non-thermal emission region. The centroid of IGR is estimated to be R.A.=17h45m42.5, decl.=-28deg59'28'', offset by 1' from the radio position of Sgr A* and with a positional uncertainty of 1'. Its 20-400 keV luminosity at 8 kpc is L=5.4x10^35 erg/sec. Very recently, Hess detected of a source of ~TeV g-rays also located within 1' of Sgr A*. We present arguments in favor of an interpretation according to which the photons detected by Integral and Hess arise from the same compact region of diffuse emission near the central BH and that the supernova remnant Sgr A East could play an important role as a contributor of very HE g-rays to the overall spectrum from this region.

연구 동기 및 목표

• 장기간의 INTEGRAL 관측을 통해 은하수 중심부의 고에너지 방출을 특성화하기 위해.
• 관측된 딱딱한 X선 소스 IGR J17456–2901이 점원체이냐 확산체이냐, 시간에 따라 변화하는지 여부를 규명하기 위해.
• INTEGRAL과 XMM-Newton 데이터를 융합하여 은하수 중심부의 1 keV에서 400 keV까지의 연속적인 넓은 대역 스펙트럼을 구축하기 위해.
• 고에너지 방출의 기원을 규명하고, 특히 HESS가 탐지한 테바르 감마선 소스와 같은 알려진 구조물과의 연관성을 조사하기 위해.
• 가열된 열역학적 플라즈마, X선 일시적 현상, 또는 Sgr A*의 활성화 활동과 같은 다른 설명 가능성을 배제하기 위해.

제안 방법

• 2년간의 관측 기간 동안 4.7 × 10⁶ 초에 걸쳐 INTEGRAL Isgri 관측 데이터를 분석하며, 20–400 keV 에너지 범위에 집중한다.
• 정밀 천체측위 기법을 사용하여 딱딱한 X선 소스 IGR J17456–2901을 라디오 소스 Sgr A*와 교차 확인한다 (R.A. = 17h45m42.5s, Dec. = -28°59′28″ J2000).
• Isgri 데이터와 XMM-Newton X선 스펙트럼(1–10 keV)을 융합하여 은하수 중심부의 연속적인 넓은 대역 스펙트럼을 생성한다.
• 스펙트럼 피팅 기법을 적용하여 방출을 열역학적 또는 비열역학적으로 모델링하고, 유의미성 기준(3σ)을 사용하여 변화성 여부를 평가한다.
• 관측된 스펙트럼을 1E 1743.1–2853 및 Sgr A East와 같은 알려진 소스와 비교하여 그 기여도를 평가한다.
• JEM-X 데이터(3′ 해상도)를 활용하여 점원체 방출 여부를 검증하였고, 검출되지 않아 확산 소스 해석을 지지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모형과 변화성에 기반하여 딱딱한 X선 소스 IGR J17456–2901이 점원체인지 확산체인지 여부는 무엇인가요?
• RQ2 은하수 중심부의 지속적인 20–400 keV 방출의 기원은 무엇이며, 알려진 소스와 비교해보면 어떠한가요?
• RQ3 관측된 스펙트럼은 열역학적 플라즈마, X선 일시적 현상, 또는 Sgr A*의 플레어 활동으로 설명될 수 있나요?
• RQ4 INTEGRAL과 HESS의 테바르 감마선 탐지 간에 물리적 연관성이 존재하는가요?
• RQ5 초신성 잔해인 Sgr A East가 고에너지 방출의 주요 기여자일 수 있는가요?

주요 결과

• 딱딱한 X선 소스 IGR J17456–2901은 점원체가 아니라 몇 분광도의 크기를 가진 밀도 높은 확산 방출 영역이다.
• 2년간의 관측 기간 동안 3σ 이상의 유의미한 변화가 없어, 지속적인 방출 세기를 나타낸다.
• IGR J17456–2901의 20–400 keV 빛의 세기는 거리 8 kpc에서 (5.37 ± 0.21) × 10³⁵ erg s⁻¹이다.
• Isgri와 XMM-Newton의 스펙트럼 융합 결과, 사기리우스 복합체 내의 가열된 열역학적 플라즈마가 주요 방출 기여자로 여겨지지 않는다.
• 이와 유사한 이중성에서의 X선 일시적 현상이나 Sgr A*의 플레어 활동으로서 설명되지 않으며, 이는 소스의 연한 X선 세기가 1E 1743.1–2853와 같은 이중성보다 훨씬 낮기 때문이다.
• 511 keV 전자-양전자 상쇄 방출선 세기에 대한 3σ 상한선은 1.9 × 10⁻⁴ ph cm⁻² s⁻¹로 설정되었다.