[논문 리뷰] The similarity of observed X-ray coronae associated with L* disc and elliptical galaxies

Robert A. Crain, Ian G. McCarthy외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 08.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 $L_\star$ 원반 및 타원은하의 X선 코로나가 X선 복사능 ($L_{\rm X}$)과 $K$-밴드 복사능 ($L_{\rm K}$) 또는 X선 온도 ($T_{\rm X}$) 사이에 동일한 척도 관계를 보이며, 이는 항성 피드백이 아닌 축적된 충격가열 기체의 공통된 기원을 시사한다. 이러한 관계의 보편성은 코로나 기체가 주로 할로의 구축 과정에서 중력 및 충격가열에 의해 형성되며, 초신성 유도 유동의 기여가 최소임을 의미한다.

ABSTRACT

The existence of hot, X-ray luminous gaseous coronae surrounding present day L* galaxies is a generic prediction of galaxy formation theory in the cold dark matter cosmogony. While extended X-ray emission has been known to exist around elliptical galaxies for a long time, diffuse extra-planar emission has only recently been detected around disc galaxies. We compile samples of elliptical and disc galaxies that have Chandra and XMM-Newton measurements, and compare the scaling of the coronal X-ray luminosity (L_X) with both the K-band luminosity (L_K) and the coronal X-ray temperature (T_X). The X-ray flux measurements are corrected for non-thermal point source contamination by spatial excision and spectral subtraction for resolved and unresolved sources respectively. We find that the properties of the extended X-ray emission from galaxies of different morphological types are similar: for both elliptical and disc galaxies, the L_X - L_K and L_X - T_X relations have similar slope, normalisation and scatter. The observed universality of coronal X-ray properties suggests that the bulk of this emission originates from gas that has been accreted, shock-heated and compressed during the assembly of the galaxy and that outflows triggered by stellar processes make only a minor contribution to the X-ray emission. This reservoir of cooling gas is a potential source of morphological transformation; it provides a fresh supply of material for discs to grow around galaxies of all morphological types.

연구 동기 및 목표

• 다른 형상학적 특성을 지닌 $L_\star$ 원반 및 타원은하의 X선 코로나가 유사한 물리적 성질을 공유하는지 테스트하기 위해.
• 관측된 X선 복사가 주로 냉각 유입에서 기인하는지 아니면 피드백 유도 유동에서 기인하는지 확인하기 위해.
• 축적, 충격가열, 피드백과 같은 은하 형성 과정이 다양한 은하 유형의 X선 코로나를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 냉각된 어두운 물질 은하 형성 모델의 예측과 관측된 X선 척도 관계의 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• $L_\star$ 원반 및 타원은하 샘플의 Chandra 및 XMM-Newton X선 데이터를 수집하여 $L_{\rm X}$, $T_{\rm X}$, $L_{\rm K}$를 측정함.
• 해소된 소스의 경우 공간적 제거, 비해소된 소스의 경우 스펙트럼 차감을 통해 비열성 점원천 오염을 보정함.
• 선형 회귀 분석과 산란 분석을 통해 은하 유형 간 $L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$ 및 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계를 통계적으로 비교함.
• 은하 스케일까지 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계를 연장하기 위해 은하군 및 은하단의 외부 데이터를 통합함.
• Apec 플라즈마 모델 기반의 볼로메트릭 보정을 사용하여 관측된 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계의 끊김이 에너지 대역 선택의 산물이 아님을 확인함.
• gimic 유체역학 시뮬레이션의 시뮬레이션 데이터 분석을 통해 관측된 척도 관계의 물리적 메커니즘을 검증함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X선 코로나가 $L_\star$ 원반 및 타원은하에서 동일한 $L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$ 척도 관계를 따르는가?
• RQ2 저온도 (~1 keV)에서도 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계는 다양한 은하 형상학에 걸쳐 보편적인가?
• RQ3 X선 복사의 주요 물리적 기원은 무엇인가—냉각 유입인지 피드백 유도 유동인가?
• RQ4 관측된 X선 척도 관계는 WF91 분석 모델 및 천체역학 시뮬레이션 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 초신성 피드백 및 기타 과정이 원반 은하의 코로나 X선 복사능에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• $L_\star$ 원반 및 타원은하의 $L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$ 및 $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계는 기울기, 정규화, 산란이 서로 구별되지 않으며, 이는 보편적인 코로나 성질을 시사한다.
• $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$ 관계는 약 1 keV에서 끊김을 보이며, 저온도 영역에서 더 급격한 기울기를 가지며, 이 특성은 은하군에서 개인 은하까지 연속적으로 연장된다.
• 관측된 X선 복사는 초신성 유도 유동의 주요 기여와 일치하지 않으며, $L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$ 관계가 피드백 모델에서 예상하는 바와 같이 별 형성률과 상관되지 않는다.
• X선 코로나 성질의 유사성은 복사의 대부분이 지속적인 피드백 과정이 아닌 할로 구축 과정에서 충격가열된 기체에서 기인함을 시사한다.
• 자료는 코로나 기체가 주로 중력 및 충격 과정에 의해 축적되고 가열되며, 피드백은 X선 복사능을 감소시키는 보조적 역할을 한다는 시나리오를 지지한다.
• 관측된 척도 관계는 gimic과 같은 천체역학 시뮬레이션과 일치하며, 이는 초신성 피드백이 코로나 내 기체 밀도와 엔트로피를 감소시켜 WF91 모델 예측보다 낮은 X선 복사능을 유도함을 보여준다.