[논문 리뷰] Local ISM 3D distribution and soft X-ray background: Inferences on nearby hot gas and the North Polar Spur

L. Puspitarini, R. Lallement외 2명|2014. 01. 27.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 39인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 근처의 23,000개의 별의 적색화 측정값에서 유도된 3차원 먼지 투과도 지도를 사용하여, 국소 기포와 북극 스푸르를 포함한 근처의 뜨거운 기체로부터의 연한 X선 배경(SXRB) 방출을 모델링한다. 헬리오스피어 오염을 보정한 후 ROSAT 0.25 keV 및 0.75 keV X선 지도를 비교함으로써, X선이 밝은 영역과 은하수의 갈라진 공간(은하계 공극) 사이에 강한 공간적 일치를 보이며, 국소 기포 내 평균 압력을 약 ~10,000 cm⁻³ K로 추정하고, 북극 스푸르가 근처의 갈라진 공간이 아니라 약 200 pc 이상 떨어진 곳의 뜨거운 기체에서 기인할 가능성이 높다고 결론을 내린다.

ABSTRACT

3D maps of the ISM can be used to locate not only IS clouds, but also IS bubbles between the clouds that are blown by stellar winds and supernovae. We compare our 3D maps of the IS dust to the ROSAT diffuse X-ray background maps. In the Plane, there is a good correspondence between the locations and extents of the mapped nearby cavities and the 0.25 keV background emission distribution, showing that most of these nearby cavities contribute to this soft X-ray emission. Assuming a constant dust to gas ratio and homogeneous 1MK hot gas filling the cavities, we modeled in a simple way the 0.25 keV surface brightness along the Galactic plane as seen from the Sun, taking into account the absorption by the mapped clouds. The data-model comparison favors the existence of hot gas in the Local Bubble (LB). The average mean pressure in the local cavities is found to be on the order of about 10,000 cm-3K, in agreement with previous studies. The model overestimates the emission from the huge cavities in the 3rd quadrant. Using CaII absorption data, we show that the dust to CaII ratio is very small in this region, implying the presence of a large quantity of lower temperature (non-X-ray emitting) ionized gas, explaining at least part of the discrepancy. In the meridian plane, the two main brightness enhancements coincide well with the chimneys connecting the LB to the halo. No nearby cavity is found towards the bright North Polar Spur (NPS) at high latitude. We searched in the maps for the source regions of the 0.75 keV enhancements in the 4th and 1st quadrants. Tunnels and cavities are found to coincide with the main bright areas, however no tunnel nor cavity is found to match the low-latitude, brightest part of the NPS. In addition, the comparison between the maps and published spectra do not favor the nearby cavities located within about 200pc as potential source regions for the NPS.

연구 동기 및 목표

• 태양계 근처의 뜨거운 기체의 공간 기원을 규명하기 위해 3차원 은하간 먼지 분포와 확산 연한 X선 배경(SXRB) 방출을 연결한다.
• 별의 바람과 초신성에 의해 형성된 근처의 은하간 갈라진 공간이 관측된 연한 X선 방출을 설명할 수 있는지 평가한다.
• 은하간 구름에 의한 전경 투과도가 다양한 선형 방향을 따라 관측된 SXRB 강도에 미치는 영향을 평가한다.
• 북극 스푸르(NPS)가 태양으로부터 약 ~200 pc 이내의 근처 뜨거운 기체에서 기인한다는 가설을 3차원 은하간 물질 구조 및 스펙트럼 데이터를 사용하여 검증한다.
• 관측된 X선 표면 빛기만과 단순화된 복사 전달 모델을 비교하여 국소 기포의 압력과 범위를 검증한다.

제안 방법

• 근처의 별들 향한 약 23,000개의 적색화 측정값에서 유도된 역행 3차원 먼지 투과도 지도를 사용하여 은하간 물질의 3차원 분포를 재구성한다.
• 헬리오스피어(SWCX) 방출 오염을 예비로 제거한 후 ROSAT 전체천구조명(RASS) 소프트 X선 배경 지도(0.25 keV 및 0.75 keV)를 사용한다.
• 균일한 10⁶ K의 뜨거운 기체가 갈라진 공간을 채우고, 일정한 먼지 대 기체 비율을 가정하는 단순화된 복사 전달 모델을 적용하여 선형 방향을 따라 예상되는 0.25 keV 표면 빛기만을 계산한다.
• 300 pc 이내까지의 맵핑된 은하간 구름에 의한 투과도 통합을 모델에 통합한다.
• 모델 예측 X선 표면 빛기만을 관측된 ROSAT 데이터와 비교하여 국소 기포 내 평균 압력을 추론한다.
• 3차원 갈라진 공간 구조를 CaII 흡수 데이터와 비교하여, X선을 방출하는 뜨거운 기체가 채우는 부피에 영향을 줄 수 있는 따뜻한 이온화 기체의 존재 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3차원 먼지 지도에서 확인된 근처의 은하간 갈라진 공간이 은하수 평면의 연한 X선 방출 특징과 공간적으로 일치하는가?
• RQ2 균일한 조건과 알려진 먼지 대 기체 비율을 가정할 때, 관측된 0.25 keV 연한 X선 배경 방출은 국소 기포를 채우는 뜨거운 기체로 설명될 수 있는가?
• RQ3 북극 스푸르(NPS) 방출은 주로 태양으로부터 약 ~200 pc 이내의 뜨거운 기체에서 기인하는가, 아니면 더 먼 지역에서 기인하는가?
• RQ4 CaII 흡수로 나타나는 따뜻한 이온화 기체의 존재는 큰 갈라진 공간 내에서 X선을 방출하는 뜨거운 기체의 추정 부피와 발광도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 세 번째 분점에서 모델 예측과 관측 결과 간의 불일치는 갈라진 공간 내에서 X선을 방출하지 않는 이온화 기체의 과소평가에 기인하는가?

주요 결과

• 은하수 평면에서 0.25 keV 연한 X선 배경 방출은 특히 60°–240° 축을 따라 있는 거대한 갈라진 공간과 작은 갈라진 공간(l ≈ 70° 부근)의 위치와 범위와 강하게 상관된다.
• 데이터-모델 비교는 국소 기포 내 뜨거운 기체 존재를 지지하며, 약 ~10,000 cm⁻³ K의 평균 압력을 추정한다. 이는 이전 연구들과 일치한다.
• 세 번째 분점의 큰 갈라진 공간에서 모델은 X선 방출을 과대평가한다. 이는 낮은 먼지 대-CaII 비율로 인해 비-X선을 방출하는 따뜻한 이온화 기체가 상당량 존재하여 뜨거운 기체의 효과적 부피가 감소했기 때문이다.
• 자오선 평면에서 두 개의 주요 X선 밝기 증가 영역은 국소 기포의 길쭉한 부분과 채널과 일치하지만, 고위도 북극 스푸르(NPS) 방출(b ≈ +8°)와 일치하는 근처의 갈라진 공간은 존재하지 않는다.
• 200 pc 이내의 근처 갈라진 공간 중에서 뚜렷한 저위도(NPS 영역, b ≳ 8°) 방출 영역과 겹치는 것은 없으며, 스펙트럼 데이터는 근처 갈라진 공간이 0.75 keV NPS 방출의 원천이 되지 않는다고 지지하지 않는다.
• 북극 스푸르(NPS) 방출은 약 200 pc 이상 떨어진 곳에 있는 뜨거운 기체에서 기인할 가능성이 더 높으며, 은하수 중심까지 연장될 수 있는 가능성이 있으며, 3차원 은하간 물질 지도에서 근처의 기원이 확인되지 않기 때문이다.