[논문 리뷰] The multi-phase gaseous halos of star forming late-type galaxies - II. Statistical analysis of key parameters

R. Tuellmann, D. Breitschwerdt외 3명|ArXiv.org|2006. 04. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton X선, 라디오, Hα, 적외선, 자외선, B대역 데이터를 사용하여 23개의 편경면에 위치한 늦은형 나설파일 갈라크시에서 다상태 기체 성층의 통계적 분석을 수행한다. 연구 결과, 연之星 형성 지표(적외선, 라디오, Hα, 자외선, B대역, SFR, 초신성 에너지 입력)와 통합 연한 X선 휘도 사이에 강한 선형 상관관계를 확인하였으며, 이는 성층이 외부 물질 유입이 아닌 연之星 형성 피드백에 의해 구동된다는 것을 뒷받ány하며, 성층 형성에 SFR 또는 에너지 임계값이 존재할 가능성에 대한 증거를 제시한다.

ABSTRACT

In Paper I we showed that multi-phase gaseous halos of late-type spiral galaxies, detected in the radio continuum, in Halpha, and in X-rays, are remarkably well correlated regarding their morphology and spatial extent. In this work we present new results from a statistical analysis in order to specify and quantify these phenomenological relations. This is accomplished by investigating soft X-ray (0.3-2.0keV) luminosities, FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities for a sample of 23 edge-on late-type spiral galaxies. Typical star formation indicators, such as SFRs, are determined and a statistical correlation analysis is carried out. We find strong linear correlations, covering at least two orders of magnitude, between star formation indicators and integrated (disk+halo) luminosities in all covered wavebands. In addition to the well established L_FIR/L_1.4GHz-relation, we show new and highly significant linear dependencies between integrated soft X-ray luminosities and FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities. Moreover, integrated soft X-ray luminosities correlate well with SFRs and the energy input into the ISM by SNe. The same holds if these quantities are plotted against soft halo X-ray luminosities. Only a weak correlation exists between the dust mass of a galaxy and the corresponding X-ray luminosity. Among soft X-ray luminosities, baryonic, and HI-gas masses, no significant correlations are found. There seems to exist a critical input energy by SNe into the ISM or a SFR threshold for multi-phase halos to show up. It is still not clear whether this threshold is a physical or an instrument dependent sensitivity limit. These findings strongly support our previous results, but conflict with the concept of halos being due to infalling gas from the IGM.

연구 동기 및 목표

• 늦은형 나선파일 갈라크시에서 다상태 기체 성층(라디오, Hα, X선) 간의 현상학적 형태상관관계를 정량화하기 위해.
• 다양한 파장대에서의 통합 휘도가 SFR, FIR, 자외선, 초신성 에너지 입력과 같은 연之星 형성 지표와 상관관계가 있는지 테스트하기 위해.
• 다상태 성층 형성에 필수적인 임계 에너지 한계 또는 SFR가 존재하는지 조사하기 위해.
• 성층 형성이 갈라크시 간 물질에서의 유입과 비교하여 연之星 형성 피드백에 의한 것인지 구분하기 위해.

제안 방법

• XMM-Newton를 통해 관측한 23개의 편경면 늦은형 나선파일 갈라크시에 대해 연한 X선(0.3–2.0 keV), 라디오(1.4 GHz), Hα, FIR, B대역, 자외선(1550–1650 Å) 휘도 분석.
• Kennicutt(1998) 캘리브레이션을 사용하여 FIR 및 Hα 휘도를 기반으로 연之星 형성률(SFR) 계산.
• SFR 및 항성 질량 함수를 바탕으로 단위 면적당 초신성 에너지 입력률($\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$) 계산.
• 최소 두 개의 세기 차이 이상을 포함하는 여러 파장대와 연之星 형성 트레이서 간의 통계적 상관관계 분석을 통해 선형 관계 규명.
• 피드백에 의해 유도되는 과정을 분리하기 위해 총(디스크 + 성층) 및 성층 전용 연한 X선 휘도 별도 분석.
• 다른 연之星 형성 지표가 아닌 흡수성 질량 및 H i 질량을 사용하여 상관관계의 특이성 테스트.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 늦은형 갈라크시에서 통합 연한 X선 휘도와 FIR, 라디오, Hα, 자외선, B대역 휘도와 같은 다른 연之星 형성 지표 사이에 유의미한 통계적 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 성층 영역의 연한 X선 휘도가 연之星 형성률 및 초신성 에너지 입력률과 상관관계가 있는가? 이는 피드백 기반 기원을 시사하는가?
• RQ3 다상태 기체 성층 형성에 필수적인 SFR 또는 초신성 에너지 입력의 임계값이 존재하는가?
• RQ4 X선 휘도와 먼지 질량 또는 H i 질량 간의 상관관계는 성층이 주로 외부 유입에 의해 발생하는지 아니면 내부 과정에 의해 발생하는지를 시사하는가?
• RQ5 연한 X선 휘도와 초신성 에너지 입력 간에 관측된 상관관계의 본질은 무엇이며, 이는 물리적 임계값인지 기기 감도 한계 때문인가?

주요 결과

• 통합 연한 X선 휘도와 FIR, 라디오 연속체(1.4 GHz), Hα, B대역, 자외선 휘도 사이에 강한 선형 상관관계(최소 두 개의 세기 차이 이상)를 확인하였다.
• 연한 X선 휘도와 연之星 형성률(SFR) 사이에 매우 유의미한 선형 상관관계가 확립되었으며, 상관계수는 r ≈ 0.92였다.
• 연한 X선 휘도는 단위 면적당 초신성 에너지 입력률($\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$)과 강한 선형 상관관계를 보이며, 이는 항성 피드백과의 직접적 연관성을 시사한다.
• 연한 X선 휘도와 H i 기체 질량 또는 복합 질량 간에 유의미한 상관관계가 없음을 확인하였으며, 이는 중성 기체가 성층 방출에 지배적인 역할을 하지 않는다는 것을 배제한다.
• 먼지 질량과 X선 휘도 사이에 약한 상관관계가 존재하여, 먼지가 X선 방출의 주요 원인은 아님을 시사한다.
• 데이터는 다상태 성층 형성에 SFR 또는 초신성 에너지 입력의 잠재적 임계값이 존재할 가능성을 시사하지만, 이는 물리적 임계값인지 기기 감도 한계 때문인지는 아직 명확하지 않다.