[论文解读] The origin of the hot metal-poor gas in NGC1291: Testing the hypothesis of gas dynamics as the cause of the gas heating

Isabel Pérez, K. C. Freeman|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Apr 18, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用 7

一句话总结

本研究检验了NGC 1291星系中心的高温、低金属量X射线气体由外侧富含气体的环通过动力学吸积加热的假设，该环中的气体通过棒驱动的激波损失角动量，达到约700 km/s的高速下落，从而加热至X射线温度。尽管环中的电离氢区表现出类太阳金属量（1.1×太阳），与X射线气体的低金属量（0.13×太阳）不一致，但金属丰度增益的时间尺度足够长，使得环最初可能为低金属量，因此早期低金属量阶段的动力学加热仍具可能性。

ABSTRACT

In this paper we test the idea that the low-metallicity hot gas in the centre of NGC 1291 is heated via a dynamical process. In this scenario, the gas from the outer gas-rich ring loses energy through bar-driven shocks and falls to the centre. Heating of the gas to X-ray temperatures comes from the high velocity that it reaches ($\approx$ 700 \kms) as it falls to the bottom of the potential well. This would explain why the stellar metallicity in the bulge region is around solar while the hot gas metallicity is around 0.1 solar. We carried out an observational test to check this hypothesis by measuring the metallicity of HII regions in the outer ring to check whether they matched the hot gas metallicity. For this purpose we obtained medium resolution long slit spectroscopy with FORS1 on the ESO VLT at Paranal and obtained the metallicities using emission line ratio diagnostics. The obtained metallicities are compatible with the bulge stellar metallicities but very different from the hot-gas metallicity. However, when comparing the different time-scales, the gas in the ring had time enough to get enriched through stellar processes, therefore we cannot rule out the dynamical mechanism as the heating process of the gas. However, the blue colours of the outer ring and the dust structures in the bar region could suggest that the origin of the X-ray hot gas is due to the infall of material from further out.

研究动机与目标

• 检验NGC 1291中心高温、低金属量X射线气体是否源自外侧富含气体的环通过动力学下落。
• 解决恒星核球的类太阳金属量与X射线辐射气体的低金属量（0.13×太阳）之间的矛盾。
• 评估外环电离氢区的观测金属量是否与高温X射线气体的金属量一致。
• 评估环中气体增益时间尺度是否足以调和观测到的金属量与动力学加热假说之间的矛盾。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的FORS1获取中等分辨率长缝光谱，测量NGC 1291外环电离氢区的发射线比值。
• 使用发射线比值诊断法（如R23、O3N2）根据观测到的谱线流量推导电离氢区的金属量。
• 将推导出的电离氢区金属量与钱德拉X射线天文台观测得到的X射线气体金属量（0.13±0.04×太阳）进行比较。
• 利用简单的封闭盒模型估算环中气体增益的时间尺度，假设增益来自恒星过程（Ia型超新星、质量损失）。
• 利用棒势场和速度 dispersion（σ ≈ 160 km/s）估算气体下落的动力学时间尺度，从势阱中估算下落速度 ≈ 700 km/s。
• 通过比较下落时间尺度（~300 Myr）与增益时间尺度（>1 Gyr），评估动力学加热情景的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1291外环电离氢区的金属量是否与中心X射线辐射气体的低金属量（0.13×太阳）一致？
• RQ2 外环在早期是否可能为低金属量，从而允许高温气体通过动力学下落起源于此？
• RQ3 NGC 1291中气体增益与动力学下落的观测时间尺度是否支持X射线气体的动力学加热假说？
• RQ4 有哪些证据支持或反驳X射线气体起源于外环而非外部来源的观点？
• RQ5 棒与透镜区域观测到的尘埃结构和蓝颜色是否表明高温气体具有外部起源？

主要发现

• NGC 1291外环中两个电离氢区的金属量测定为接近太阳值（1.1×太阳），显著高于X射线气体的0.13×太阳金属量。
• 即使X射线金属量估计存在20%的不确定性，电离氢区与X射线气体金属量之间的差异依然显著，无法调和。
• 通过恒星过程（如Ia型超新星、质量损失）实现环中气体增益的时间尺度超过1 Gyr，长于约300 Myr的动力学下落时间尺度。
• 长期的增益时间尺度意味着外环在过去可能为低金属量，因此X射线气体起源于环的早期低金属量阶段是合理的。
• 棒与透镜区域的蓝颜色和复杂的尘埃形态表明存在持续或近期的恒星形成，以及可能的外部气体吸积，支持高温气体的外部起源。
• 尽管当前电离氢区的金属量与假说矛盾，但由于增益与下落时间尺度不匹配，高温气体起源于早期低金属量环的动力学加热机制仍具可行性。