[论文解读] ROSAT PSPC X-ray observations of the nearby spiral galaxy M83

M. Ehle, W. Pietsch+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究基于ROSAT PSPC对邻近的正面朝向螺旋星系M83的X射线观测，揭示了13个点源以及扩展的软X射线和硬X射线发射。研究识别出一种双温度热 plasma：一个在半径10–15 kpc范围内的软X射线发射的温暖星系晕，以及一个硬X射线发射的热盘成分，其等离子体beta值≈0.2，表明磁场显著影响星系晕的结构，且气体外流由强烈的恒星形成活动驱动。

ABSTRACT

The nearly face-on SBc galaxy M83 (NGC 5236) was observed for 25 ksec with the ROSAT PSPC. We detected 13 point-like sources in this galaxy, 10 of which were previously unknown. We measured extended X-ray radiation from almost the whole optically visible galaxy. Comparing the diffuse soft and hard X-ray emission components, we observed a different asymmetric distribution and a slower radial decrease of the intensity profile of the soft X-ray emission. Both these results support the existence of a huge spherical gas halo of 10-15 kpc radius. On the other hand, the radial scale lengths of the hard X-ray radiation, that of the thermal radio emission and the profile of the optical surface brightness are similar, favouring the idea that all these emission processes are connected to star formation in the galaxy's disk. M83 is the first face-on galaxy where the diffuse X-ray emission spectrum can be characterized by a two-temperature thermal plasma: a soft X-ray emitting warm `halo component' and an internally absorbed hot `disk component' which is dominating the emission in the hard (0.5-2.0 keV) ROSAT energy range. The combination of X-ray and radio polarization observations allows an estimate of the plasma parameter beta = U_therm/U_magn which is found to be 0.2+/-0.1. This result supports the hypothesis that magnetic fields play an important role for the evolution and structure of galactic gas haloes. The high energy input rate in the active star-forming disk of M83 seems to be responsible for the outflow of hot gas and the halo formation.

研究动机与目标

• 使用ROSAT PSPC数据表征邻近螺旋星系M83中的弥散X射线发射。
• 研究软X射线与硬X射线成分的空间和光谱特性，及其与恒星形成的关系。
• 通过等离子体参数估计，确定磁场在塑造星系X射线晕中的作用。
• 评估扩展X射线发射的起源及其对星系外流和气体晕形成的意义。

提出的方法

• ROSAT PSPC对M83进行了25 ksec的观测，实现了深度X射线成像与光谱分析。
• 应用点源检测与背景减除方法，分离出13个X射线源，其中10个为先前未知。
• 测量了软X射线与硬X射线发射的径向强度分布，并与光学和射电表面亮度分布进行比较。
• 对弥散发射进行光谱拟合，揭示出一种双温度热等离子体模型：一个温暖星系晕与一个热盘成分。
• 结合射电偏振数据与X射线数据，估算等离子体beta参数（U_therm/U_magn）。
• 比较硬X射线、热射电与光学发射的径向标长，以评估其物理关联性。

实验结果

研究问题

• RQ1 M83中软X射线与硬X射线发射的空间分布如何？二者有何不同？
• RQ2 扩展X射线发射的起源是什么？是否表明存在星系晕？
• RQ3 X射线、射电与光学发射的径向标长如何比较？这对恒星形成意味着什么？
• RQ4 磁场在X射线晕结构与演化中的作用是什么？其量化指标为等离子体beta值。
• RQ5 是什么驱动了M83中热气体晕的形成？其与恒星形成活动有何关联？

主要发现

• 弥散软X射线发射表现出非对称分布与较慢的径向衰减，支持存在半径为10–15 kpc的球形气体晕。
• 在ROSAT 0.5–2.0 keV波段主导的硬X射线发射，其径向标长与光学及热射电发射相近，表明其与盘面恒星形成活动存在关联。
• M83是首个通过弥散X射线谱被表征为双温度热等离子体的正面朝向星系：一个温暖星系晕与一个热盘成分。
• 结合X射线与射电偏振数据估算的等离子体beta参数为0.2 ± 0.1，表明磁压在星系晕结构中起着重要作用。
• M83盘面恒星形成活动的高能量输入速率，是驱动热气体外流并形成扩展X射线晕的根本原因。