[论文解读] The multi-phase gaseous halos of star forming late-type galaxies - II. Statistical analysis of key parameters

R. Tuellmann, D. Breitschwerdt+3 more|ArXiv.org|Apr 26, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 34

一句话总结

本研究利用XMM-Newton X射线、射电、Hα、FIR、紫外和B波段数据，对23个侧向观测的晚型旋涡星系中的多相气态星系晕进行了统计分析。研究发现，总软X射线光度与恒星形成指标（FIR、射电、Hα、紫外、B波段、SFR及超新星能量输入）之间存在强烈的线性相关性，支持星系晕由恒星形成反馈驱动而非外部吸积，且存在SFR或能量阈值的潜在证据，可能与星系晕的形成有关。

ABSTRACT

In Paper I we showed that multi-phase gaseous halos of late-type spiral galaxies, detected in the radio continuum, in Halpha, and in X-rays, are remarkably well correlated regarding their morphology and spatial extent. In this work we present new results from a statistical analysis in order to specify and quantify these phenomenological relations. This is accomplished by investigating soft X-ray (0.3-2.0keV) luminosities, FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities for a sample of 23 edge-on late-type spiral galaxies. Typical star formation indicators, such as SFRs, are determined and a statistical correlation analysis is carried out. We find strong linear correlations, covering at least two orders of magnitude, between star formation indicators and integrated (disk+halo) luminosities in all covered wavebands. In addition to the well established L_FIR/L_1.4GHz-relation, we show new and highly significant linear dependencies between integrated soft X-ray luminosities and FIR, radio continuum, Halpha, B-band, and UV luminosities. Moreover, integrated soft X-ray luminosities correlate well with SFRs and the energy input into the ISM by SNe. The same holds if these quantities are plotted against soft halo X-ray luminosities. Only a weak correlation exists between the dust mass of a galaxy and the corresponding X-ray luminosity. Among soft X-ray luminosities, baryonic, and HI-gas masses, no significant correlations are found. There seems to exist a critical input energy by SNe into the ISM or a SFR threshold for multi-phase halos to show up. It is still not clear whether this threshold is a physical or an instrument dependent sensitivity limit. These findings strongly support our previous results, but conflict with the concept of halos being due to infalling gas from the IGM.

研究动机与目标

• 量化晚型旋涡星系中多相气态星系晕（射电、Hα、X射线）的表观形态相关性。
• 检验不同波段的积分光度是否与SFR、FIR、紫外和超新星能量输入等恒星形成指标相关。
• 探究多相星系晕形成是否需要临界能量阈值或SFR。
• 区分星系晕是通过恒星形成反馈还是来自星系际介质的吸积形成的。

提出的方法

• 对23个侧向观测的晚型旋涡星系的软X射线（0.3–2.0 keV）、射电（1.4 GHz）、Hα、FIR、B波段和紫外（1550–1650 Å）光度进行分析。
• 基于Kennicutt（1998）校准，利用FIR和Hα光度计算恒星形成率（SFR）。
• 基于SFR和恒星质量函数，计算单位面积的超新星能量输入速率（$\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$）。
• 在多个波段与恒星形成示踪剂之间进行统计相关性分析，以识别至少跨越两个数量级的线性关系。
• 分别分析总（盘面+星系晕）和仅星系晕的软X射线光度，以隔离反馈驱动过程。
• 使用尘埃质量和H i质量作为非恒星形成示踪剂，以检验相关性的特异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在晚型星系中，总软X射线光度与FIR、射电、Hα、紫外和B波段光度等恒星形成指标之间是否存在显著的统计相关性？
• RQ2 星系晕区域的软X射线光度是否与恒星形成率和超新星能量输入速率相关，表明其起源于反馈？
• RQ3 多相气态星系晕的形成是否需要SFR或超新星能量输入的临界阈值？
• RQ4 X射线光度与尘埃质量或H i质量之间的相关性是否表明星系晕主要由外部吸积或内部过程引起？
• RQ5 软X射线光度与超新星能量输入之间观察到的相关性本质是什么？这是否暗示存在物理解释的阈值或仪器灵敏度限制？

主要发现

• 在至少两个数量级的范围内，总软X射线光度与FIR、射电连续谱（1.4 GHz）、Hα、B波段和紫外光度之间发现强烈的线性相关性。
• 软X射线光度与恒星形成率（SFR）之间建立了高度显著的线性相关性，相关系数为r ≈ 0.92。
• 软X射线光度与单位面积的超新星能量输入速率（$\dot{E}_{\rm A}^{\rm tot}$）表现出强烈的线性相关性，表明其与恒星反馈存在直接关联。
• 未发现软X射线光度与H i气体质量或重子质量之间存在显著相关性，排除了中性气体在星系晕发射中起主导作用的可能性。
• 尘埃质量与X射线光度之间存在微弱相关性，表明尘埃并非X射线发射的主要驱动力。
• 数据表明SFR或超新星能量输入可能存在多相星系晕形成的潜在阈值，但尚不清楚该阈值是物理性的还是由仪器灵敏度限制所致。