[논문 리뷰] XMM observation of M~87 II. Abundance structure of the interstellar and intergalactic medium

Kyoko Matsushita, A. Finoguenov외 1명|ArXiv.org|2002. 12. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 61

한 줄 요약

이 연구는 M87의 은하단 간 물질의 XMM-Newton X선 데이터를 분석하여 산소, 마그네슘, 규소, 황, argon, 칼슘, 철의 일곱 원소에 대한 반경 방향 농도 프로파일을 유도한다. 철/규소 비율은 약 0.9 태양 수준을 유지하며 반경 방향 기울기가 없으며, 규소, 황, argon, 칼슘, 철은 2′ 이외에서 강한 감소 기울기를 보이며 1.5′ 이내에서는 약 1.5 태양 수준으로 수렴한다. 산소/규소 비율은 중심부에서 태양 수준의 반보다 작으며 외곽으로 갈수록 증가하여, 철과 규소에 대한 초신성 Ia의 기여가 뚜렷함을 시사하며, 이는 오래된 항성계에서 더 어두운 초신성 Ia와 일치한다.

ABSTRACT

Based on a detailed study of the temperature structure of the intracluster medium in the halo of M~87, abundance profiles of 7 elements, O, Mg, Si, S, Ar, Ca, and Fe are derived. In addition, abundance ratios are derived from the ratios of line strengths, whose temperature dependences are small within the temperature range of the ICM of M~87. The abundances of Si, S, Ar, Ca and Fe show strong decreasing gradients outside 2$'$ and become nearly constant within the radius at $\sim1.5$ solar. The Fe/Si ratio is determined to be 0.9 solar with no radial gradient. In contrast, the O abundance is less than a half of the Si abundance at the center and has a flatter gradient. The Mg abundance is $\sim$1 solar within 2$'$, which is close to stellar abundance within the same radius. The O/Si/Fe pattern of M~87 is located at the simple extension of that of Galactic stars. The observed Mg/O ratio is about 1.25 solar, which is also the same ratio as for Galactic stars. The O/Si/Fe ratio indicates that the SN Ia contribution to Si and Fe becomes important towards the center and SN Ia products have similar abundances of Si and Fe at least around M~87, which may reflect dimmer SN Ia observed in old stellar systems. The S abundance is similar to the Si abundance at the center, but has a steeper gradient. This result suggests that the S/Si ratio of SN II products is much smaller than the solar ratio.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 X선 분광법을 이용하여 M87의 은하간 매질의 반경 방향 농도 구조를 규명하는 것.
• 초신성 Ia와 초신성 II의 상대적 기여가 은하단 내 물질의 금속 농도에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 항성 질량 손실과 초신성 Ia의 금속 생성량이 M87 중심부의 관측된 농도 패턴 형성에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 온도에 의존하는 편향을 최소화하면서 선 비율 방법의 정확도를 평가하는 것.

제안 방법

• M87의 홀로에 걸쳐 반경 방향 스펙트럼 프로파일을 확보하기 위해 XMM-Newton EPIC-pn 및 MOS 스펙트럼의 탈중심화 처리를 수행한다.
• 열적 X선 방출을 모델링하고 원소 농도를 유도하기 위해 MEKAL 및 APEC 플라즈마 방출 코드를 사용하여 탈중심화된 스펙트럼을 피팅한다.
• 온도 의존성 보정을 거친 후 선 비율 프로파일(예: 철/규소, 황/규소)을 이용하여 농도 비율을 결정한다.
• 중앙부(반경 R < 2′)에서는 다중 성분이 감지되어 두 온도 모델을 적용한다.
• 특히 산소 및 neon 선에서의 공진선 산란 효과가 농도 측정에 미치는 영향을 평가한다.
• Feldman(1992)의 태양 농도 값을 기준으로 90% 신뢰구간을 사용하여 유도된 농도를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M87의 은하단 내 물질에서 산소, 마그네슘, 규소, 황, argon, 칼슘, 철의 반경 방향 농도 프로파일은 무엇인가?
• RQ2 α 원소(산소, neon, 마그네슘, 규소)의 농도 기울기는 철 및 중간 질량 원소(황, argon, 칼슘)의 기울기와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 철/규소 비율과 산소/규소 비율은 초신성 Ia와 초신성 II의 금속 농도 기여 비율에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?
• RQ4 온도에 약한 의존성을 보이는 S/Si 비율이 초신성 Ia와 초신성 II의 기여 비율을 신뢰할 수 있는 추적자로 사용될 수 있는가?
• RQ5 관측된 농도는 은하계 별과 항성 집단 모델의 농도와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 철/규소 농도 비율은 0.9 ± 0.1 태양 수준이며 반경 방향 기울기가 없어 홀로 전반에 걸쳐 일관된 초신성 Ia 기여가 있음을 시사한다.
• 규소, 황, argon, 칼슘, 철 농도는 2′ 이외에서 강한 감소 기울기를 보이며 1.5′ 이내에서는 약 1.5–1.7 태양 수준으로 수렴한다.
• 중심부에서는 산소 농도가 규소 농도의 반보다 작으며 반경이 증가함에 따라 증가하여 반경 r < 2′에서 O/Si < 0.5 태양 수준이다.
• 마그네슘/산소 농도 비율은 1.25 태양 수준이며 반경 방향 기울기가 없어 은하계 항성 농도와 일치한다.
• M87의 산소/규소/철 농도 패턴은 은하계 별의 패턴과 밀도적으로 유사하여 보편적인 금속 농도 패턴을 시사한다.
• S/Si 비율은 반경 r < 4′에서 약 1.0 태양 수준에서 시작하여 r > 10′에서 약 0.7 태양 수준으로 감소하여, 초신성 II가 태양계보다 규소 대비 황을 덜 생성함을 시사한다.