[논문 리뷰] X-ray Absorption Toward Abell 2029 due to a Foreground Spiral

T. E. Clarke, Juan M. Uson외 2명|arXiv (Cornell University)|2003. 10. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 19인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 캔들라 X선 천체망원경 자료를 사용하여, 적색이동 z=0.0221인 투과면 방향의 나설파쇄 은하 UZC J151054.6+054313에 의한 은하단 아벨 2029의 중심부에서 관측된 연한 X선 흡수를 규명한다. 이 흡수는 수소 열역량 밀도 (2.0±0.4)×10²¹ cm⁻²를 유도하며, 이는 총 수소 질량 (6.2±1.2)×10⁸ d₉₀² M☉를 암시한다. 이는 어둠센 물질의 분포를 제약하고, 이 시스템에서 흩어진 비바리온성 기체가 어둠센 물질의 주요 성분이 될 수 없음을 시사한다.

ABSTRACT

We have detected an X-ray absorption feature against the core of the galaxy cluster Abell 2029 (z=0.0767) which we identify with the foreground galaxy UZC J151054.6+054313 (z=0.0221). Optical observations (B, V, R, and I) indicate that it is an Scd galaxy seen nearly edge-on at an inclination of 87 \pm 3 degrees. HI observations give a rotation velocity of 108 kms and an atomic hydrogen mass of M_{HI} = 3.1 X 10^9 d_{90}^2 \msun, where d_{90} is the distance to the galaxy in units of 90 Mpc. X-ray spectral fits to the Chandra absorption feature yield a hydrogen column density of (2.0 \pm 0.4) X 10^{21} cm^{-2} assuming solar abundances. If the absorber is uniformly distributed over the disk of the galaxy, the implied hydrogen mass is M_H = (6.2 \pm 1.2) X 10^8 d_{90}^2 \msun. Since the absorbing gas in the galaxy is probably concentrated to the center of the galaxy and the middle of the disk, this is a lower limit to the total hydrogen mass. On the other hand, the absorption measurements imply that the dark matter in UZC J151054.6+054313 is not distributed in a relatively uniform diffuse gas.

연구 동기 및 목표

• 은하단 아벨 2029의 중심부에서 관측된 연한 X선 흡수 특징의 기원을 조사하기 위해.
• 흡수 물질이 전경의 나선파쇄 은하 UZC J151054.6+054313과 관련이 있는지 확인하고, 그 성질을 특성화하기 위해.
• X선 흡수 측정을 통해 나선파쇄 은하 내 어둠센 물질의 분포와 질량을 제약하기 위해, 특히 이것이 흩어진 비바리온 기체 형태일 수 있는지 조사하기 위해.
• X선 흡수를 H I 및 광학 자료와 비교하여 흡수 기체의 공간 분포와 금속성 농도를 평가하기 위해.
• 흡수 기체의 밀도 높은 기체 덩어리 또는 확장된 허브 등 어둠센 물질 모델에 대한 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 아벨 2029의 아카이브 캔들라 X선 천체망원경 ACIS-S3 관측 자료(19.8 ksec)를 분석하였으며, 에너지(0.3–10 keV) 및 등급(ASCA 0,2,3,4,6)으로 필터링하였다.
• 빈 천공 배경 파일과 현장 배경 추정을 사용하여 연한 X선 배경을 모델링하였으며, 은하수 전경 및 천체배경 X선을 보정하였다.
• 태양 성분을 가정한 광전자 흡수 모델을 사용하여 X선 흡수 특징의 스펙트럼 피팅을 수행하여 수소 열역량 밀도를 유도하였다.
• 은하수 디스크 전체에 균일하게 분포된 것으로 가정하여 열역량 밀도에서 흡수 기체의 수소 질량을 추정하였으며, 거리 d₉₀(90 Mpc)에 따라 스케일링하였다.
• 관측된 중성 수소 질량과 X선 흡수의 일관성을 평가하기 위해 X선 흡수와 21cm H I 선 자료를 비교하였다.
• H I 질량과 금속성 제약과의 비교를 통해 은하 내 추가의 흩어진 기체나 먼지의 질량 상한을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아벨 2029의 중심부에서 관측된 연한 X선 흡수 특징은 무엇에 의해 발생하며, 전경의 나선파쇄 은하와 관련이 있는가?
• RQ2 흡수 기체 내 수소의 본질적 열역량 밀도는 얼마이며, 은하 내 측정된 H I 질량과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 X선 흡수 측정 결과는 흩어진 비바리온 기체가 나선파쇄 은하의 어둠센 물질의 주요 성분이 될 수 없음을 배제할 수 있는가?
• RQ4 흡수 기체의 공간 분포(예: 디스크 중심에 집중됨)는 유추된 총 수소 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 X선 흡수 측정 결과는 밀도 높은 기체 덩어리 또는 확장된 허브와 같은 비바리온 어둠센 물질 모델에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 아벨 2029의 X선 흡수 특징은 적색이동 z=0.0221인 전경의 나선파쇄 은하 UZC J151054.6+054313에 의해 발생하며, 광학 및 H I 자료를 통해 확인되었다.
• X선 스펙트럼 피팅을 통해 유도된 수소 열역량 밀도는 태양 성분을 가정할 경우 (2.0±0.4)×10²¹ cm⁻²이다.
• 흡수 기체 내 유도된 수소 질량은 균일한 디스크 분포를 가정할 경우 (6.2±1.2)×10⁸ d₉₀² M☉이다.
• 이 질량은 하한선이며, 기체가 디스크 중심에 집중되어 있고 균일하게 분포되어 있지 않기 때문이다.
• X선 흡수량은 H I 질량으로 예상되는 것보다 작아, 간성계 내 기체의 낮은 금속성 또는 비균일한 분포를 시사한다.
• 측정 결과는 흩어진 비바리온 기체가 어둠센 물질의 주요 형태가 될 수 없음을 배제하며, 구형 허브에서는 약 ~9×10⁹ M☉ 이하, 디스크에서는 <6×10⁸ M☉ 이하로 제한된다. 이는 총 어둠센 물질 질량 ~2.7×10¹⁰ d₉₀ M☉에 비해 상당히 낮다.