[논문 리뷰] X-ray observations of the starburst galaxy NGC 253:II. Extended emission from hot gas in the nuclear area, disk, and halo

W. Pietsch, A. Vogler외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 16.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 NGC 253의 핵 부위, 디스크, 하이라이트에서 뜨거운 기체로부터 비치는 확장된 연한 X선 방출을 드러내기 위해 깊은 ROSAT X선 관측을 사용한다. 각 성분이 총 X선 복사능(L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹)의 약 1/3을 기여한다. 방출은 항성 폭발 핵으로 인한 슈퍼윈드에 의해 발생하며, 열 플라즈마 모델을 통해 각기 다른 성분이 추적되며, 비대칭적인 하이라이트 방출은 그림자 효과를 통해 은하의 편면 방향을 확인시킨다.

ABSTRACT

Spatial and spectral analysis of deep ROSAT HRI and PSPC observations of the near edge-on starburst galaxy NGC 253 reveal diffuse soft X-ray emission, which contributes 80% to its total X-ray luminosity (L$_{ m X} = 5 10^{39}$ \ergsec, corrected for foreground absorption). The nuclear area, disk, and halo contribution to the luminosity is about equal. The starburst nucleus itself is highly absorbed and not visible in the ROSAT band. We describe in detail spectra and morphology of the emission from the nuclear area, disk and halo and compare our results to observations at other wavelengths and from other galaxies. (abridged)

연구 동기 및 목표

• 은하 NGC 253의 확산 연한 X선 방출의 공간적 및 스펙트럼적 성질을 규명하는 것.
• 핵 부위, 디스크, 하이라이트에서 뜨거운 기체의 기원과 물리적 조건을 규명하는 것.
• 은하 슈퍼윈드, 분출, 잠재적 숨겨진 AGN 활동의 기여를 구분하는 것.
• X선 형상과 투과도를 사용하여 NGC 253의 3차원 기하학적 구조와 방향을 제약하는 것.
• 다중 파장 데이터와 비교하여 비균형 냉각 및 풍속 유도 외출 모델을 시험하는 것.

제안 방법

• NGC 253의 깊은 ROSAT HRI 및 PSPC 관측을 통한 공간적 및 스펙트럼적 분석.
• 수소 열역학 상수(N_H)를 다양하게 조절한 열복사 및 박막 열플라즈마 모델을 사용한 X선 스펙트럼 모델링.
• 방출을 핵 영역, 디스크, 코로나(스케일 높이 ~1 kpc), 외부 하이라이트(최대 9 kpc 투영 거리)로 구분.
• 은하수 외부 투과도(N_H = 1.3×10²⁰ cm⁻²)를 기준으로 진정한 투과도와 기하학적 특성을 유추.
• X선 표면 밝기 프로파일을 1.46 GHz 라디오 및 Hα 이미지와 비교하여 구조적 상관관계를 식별.
• 두 온도 플라즈마 모델과 하드 X선 尾에 고려된 가우시안 성분을 사용하여 북서쪽 하이라이트 방출을 적합.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 하이라이트의 X선 방출은 핵 부위 슈퍼윈드에 의해 발생하는가, 아니면 항성 형성 디스크에서 운반된 뜨거운 기체에 의해 발생하는가?
• RQ2 하이라이트의 X선 스펙트럼은 지연 재결합 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ3 핵 부위 및 X선 플룸 방출은 항성 폭발에 의해 유도되는가, 아니면 숨겨진 AGN의 제트 유사 활동에 의해 유도되는가?
• RQ4 비균형 냉각은 확장하는 하이라이트 플라즈마의 X선 스펙트럼 형상을 어떻게 결정하는가?
• RQ5 관측된 X선 비대칭성은 NGC 253의 3차원 방향과 기하학적 구조를 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• NGC 253의 총 X선 복사능은 L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹이며, 이 중 80%는 확산 방출에 기인한다. 핵, 디스크, 하이라이트 성분 각각이 약 1.2×10³⁹ erg s⁻¹ 기여한다.
• 핵 소스(X34)는 강하게 투과된 열복사 소스이며(T = 1.2 keV, N_H = 3×10²¹ cm⁻²), FWHM 크기는 250 pc이며, 핵에서 남동쪽 주요축을 따라 100 pc 떨어져 있다.
• X선 플룸은 홀로우 콘 형태의 구조(열린 각도 32°, 연장 약 700 pc)이며, 열복사(T = 1.2 keV, N_H = 3×10²⁰ cm⁻², L_X = 4.6×10³⁸ erg s⁻¹)와 박막 열플라즈마(T = 0.33 keV, 은하수 투과도, L_X = 4×10³⁸ erg s⁻¹)의 복합 모델로 가장 잘 기술된다.
• 디스크 방출은 나선형 구조를 따르며, 박막 열플라즈마(T = 0.7 keV, 내재된 L_X = 1.2×10³⁹ erg s⁻¹)로 가장 잘 기술된다. 표면 밝기 프로파일은 내측(±3.4 kpc) 및 외측(±7.5 kpc) 성분이 1.46 GHz 라디오 프로파일과 일치한다.
• X선 코로나(스케일 높이 ~1 kpc)는 가까운 쪽(남동쪽)에서만 감지되며, T = 0.2 keV, L_X = 7.8×10³⁸ erg s⁻¹이다. 반대편(북서쪽)의 방출은 그림자 효과로 가려져 있어, 편면 기하학을 확인시킨다.
• 외부 하이라이트 방출은 9 kpc의 투영 거리까지 연장되며, 호형 구조를 보이며, 더 딱딱한 스펙트럼과 높은 복사능(북서쪽 10×10³⁸ erg s⁻¹, 남동쪽 5×10³⁸ erg s⁻¹)을 보인다. 이는 두 온도 모델(0.13 및 0.62 keV) 또는 가우시안 성분을 포함한 박막 플라즈마 모델이 적합한 피팅을 위해 필요하다.