[论文解读] High resolution soft X-ray spectroscopy of the elliptical galaxy NGC 5044. Results from the reflection grating spectrometer on-board XMM-Newton

Takayuki Tamura, J. S. Kaastra+2 more|ArXiv.org|Nov 27, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 40被引用 44

一句话总结

本研究利用XMM-Newton上的反射光栅光谱仪对椭圆星系NGC 5044进行了高分辨率软X射线谱测量，解析了Fe-L和O viii Lyα线，以约束其热结构和金属丰度。主要结果为一个双温度等离子体模型（0.7 keV和1.1 keV），并在0.6 keV以下显示出明显的截断，表明冷却流发射受到抑制，同时精确测得Fe和O的丰度分别为0.55±0.05和0.25±0.1倍太阳值。

ABSTRACT

The results from an X-ray spectroscopic study of the giant elliptical galaxy NGC5044 in the center of a galaxy group are presented. The line dominated soft X-ray spectra (mainly Fe-L and O VIII Ly_a) from the diffuse gas are resolved for the first time in this system with the Reflection Grating Spectrometers on-board XMM-Newton and provide a strong constraint on the temperature structure. The spectra integrated over 2' (\sim 20kpc) in full-width can be described by a two temperature plasma model of 0.7keV and 1.1keV. Most of the latter component is consistent with originating from off-center regions. Compared to the isobaric cooling flow prediction, the observation shows a clear cut-off below a temperature of 0.6 +-0.1keV. Furthermore, the Fe and O abundances within the central 10--20kpc in radius are accurately measured to be 0.55+-0.05 and 0.25+-0.1 times the solar ratios, respectively. The observed cut-off temperature of this galaxy and other central galaxies in galaxy groups and clusters are compared with the scale of the galaxy and properties of the surrounding intra-cluster medium. Based on this comparison, the origin of the lack of predicted cool emission is discussed.

研究动机与目标

• 利用高分辨率软X射线谱学约束椭圆星系NGC 5044中心区域热等离子体的热结构。
• 与以往研究相比，更精确地测量X射电辐射气体中的Fe和O丰度。
• 研究在~0.6 keV以下观测到的软X射线发射截断的成因，以挑战简单冷却流模型的预测。
• 将截断温度与星系及其星系团内介质的全局性质进行比较，以理解冷却辐射被抑制的机制。
• 通过分析O/Fe比值并与其他系统比较，探讨星系及星系团内介质中金属的起源。

提出的方法

• 利用XMM-Newton上搭载的反射光栅光谱仪（RGS）获取高分辨率软X射线谱，能量分辨率在1 keV时约为200。
• 从两个空间区域提取谱：|w| < 1′（中心20 kpc）和1′ < |w| < 2′（非中心区域），以研究发射的径向变化。
• 使用改进校准的仪器响应和背景模型，拟合观测到的谱线特征，包括Fe-L和O viii Lyα线。
• 采用双温度等离子体模型（APEC）拟合谱，以确定热结构和金属丰度。
• 将观测到的截断温度与理论预测进行比较，并将结果归一化为星系光度和速度 dispersion 等物理参数。
• 分析O/Fe比值以推断金属生成机制，特别是Ia型和II型超新星的相对贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 高分辨率软X射线谱学揭示的NGC 5044中心区域热等离子体的热结构是什么？
• RQ2 观测到的X射线发射在多大程度上偏离简单等压冷却流模型的预测？
• RQ3 X射电辐射气体中Fe和O的精确丰度是多少？与太阳值及其他椭圆星系相比有何差异？
• RQ4 软X射线发射的截断温度与中心星系及其星系团内介质的全局性质之间有何相关性？
• RQ5 Fe和O丰度，特别是O/Fe比值，揭示了星系及其周围星系团中金属的起源和富集历史的哪些信息？

主要发现

• NGC 5044的软X射线谱最符合一个温度为0.7 keV和1.1 keV的双温度等离子体模型，表明其具有复杂的热结构。
• 在0.6 ± 0.1 keV以下观测到明显的发射截断，强烈抑制了简单冷却流模型所预测的软X射线发射。
• 中心10–20 kpc区域的Fe丰度测量值为太阳值的0.55 ± 0.05倍，与以往ASCA和EPIC测量结果一致。
• 首次在该系统中测量到O丰度为太阳值的0.25 ± 0.1倍，得出的O/Fe比值约为太阳值的一半。
• NGC 5044的O/Fe比值与NGC 4636等其他核心星系相似，但显著低于星系团内介质，表明其富集机制不同。
• 观测到的截断温度与星系的光学光度和恒星速度 dispersion 等性质相关，支持反馈机制调控星系群中冷却过程的观点。