[论文解读] The Herschel Virgo Cluster Survey: VI. The far-infrared view of M87

M. Baes, M. Clemens+30 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 40被引用 30

一句话总结

本研究利用赫歇尔PACS和SPIRE的远红外观测，探究M87辐射的起源，发现仅由同步辐射即可解释其全部远红外谱谱能量分布及250 µm表面亮度图。未发现弥散尘埃成分的证据，与M87所处的强烈X射线环境以及先前对尘埃和分子气体的限制一致。

ABSTRACT

The origin of the far-infrared emission from the nearby radio galaxy M87 remains a matter of debate. Some studies find evidence of a far-infrared excess due to thermal dust emission, whereas others propose that the far-infrared emission can be explained by synchrotron emission without the need for an additional dust emission component. We present Herschel PACS and SPIRE observations of M87, taken as part of the science demonstration phase observations of the Herschel Virgo Cluster Survey. We compare these data with a synchrotron model based on mid-infrared, far-infrared, submm and radio data from the literature to investigate the origin of the far-infrared emission. Both the integrated SED and the Herschel surface brightness maps are adequately explained by synchrotron emission. At odds with previous claims, we find no evidence of a diffuse dust component in M87, which is not unexpected in the harsh X-ray environment of this radio galaxy sitting at the core of the Virgo Cluster.

研究动机与目标

• 解决M87远红外发射起源的长期争议——即其是否源于热尘埃或非热同步辐射过程。
• 检验此前报道的M87远红外过量是否可仅通过同步辐射发射解释，而无需引入额外的尘埃发射。
• 利用高分辨率赫歇尔远红外数据，约束M87中任何弥散星际尘埃成分的存在及其质量。
• 评估同步辐射模型在射电至亚毫米波段多波段数据中的自洽性。
• 评估M87中未检测到可分辨尘埃的后果，尤其考虑到其位于室女座星系团核心的高温X射线环境。

提出的方法

• 作为赫歇尔室女座星系团巡天的一部分，获取了赫歇尔PACS和SPIRE在100、160、250、350和500 µm波段的测光观测数据。
• 利用文献中提供的中红外、远红外、亚毫米波及射电波段数据，构建了一个同步辐射发射模型，以预测远红外波段的发射。
• 将同步辐射模型图像与SPIRE波束卷积，并重新采样以匹配观测天球坐标，实现与250 µm图的直接比较。
• 采用保守的25%通量不确定性，包含15%的绝对通量定标误差、图像制作不确定性以及背景污染估计。
• 应用了色度修正（≤1.8%）以补偿波束失配，但其对通量密度的影响可忽略不计。
• 在假设尘埃温度为23 K的前提下，计算了尘埃质量的上限，该温度与M87星际辐射场中的热平衡一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 M87的远红外发射是否需要在同步辐射之外额外引入热尘埃成分？
• RQ2 能否仅通过基于低波段数据推导出的同步辐射模型，完全重现观测到的谱能量分布（SED）和250 µm表面亮度图？
• RQ3 在未检测到过量发射的前提下，M87中任何弥散星际尘埃成分的质量上限是多少？
• RQ4 M87中未检测到可分辨尘埃的现象，与室女座星系团核心高温X射线环境中的预期相比如何？
• RQ5 此前报道的M87远红外过量是否与仅含同步辐射的模型一致，还是需要尘埃贡献？

主要发现

• M87的积分谱能量分布（SED）完全由同步辐射发射模型解释，无需额外引入尘埃成分。
• 赫歇尔SPIRE 250 µm表面亮度图被同步辐射模型良好拟合，核区、喷流及东南瓣在模型分辨率下均清晰可见为独立结构。
• 在将模型卷积至SPIRE波束并匹配像素尺度后，三个结构融合为单一延伸结构，其峰值位于核西北4″处，与观测图像形态完全一致。
• 未检测到无法由同步辐射解释的远红外过量，与早期声称存在55 K尘埃成分的结论相矛盾。
• 在尘埃温度为23 K的假设下，M87中任何弥散星际尘埃成分的质量上限为7×10⁴ M☉。
• 该结果与M87中未检测到低温分子气体及固有X射线吸收一致，并与尘埃颗粒在星系团高温环境中寿命短于46 Myr的预期相符。