[论文解读] The similarity of observed X-ray coronae associated with L* disc and elliptical galaxies

Robert A. Crain, Ian G. McCarthy+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 5

一句话总结

本研究表明，$L_\star$盘星系和椭圆星系周围的X射线日冕表现出相同的X射线光度（$L_{\rm X}$）与$K$波段光度（$L_{\rm K}$）或X射线温度（$T_{\rm X}$）之间的标度关系，表明其起源于激波加热的吸积气体，而非恒星反馈。这些关系的普适性表明，日冕气体主要由晕团的引力和激波加热过程塑造，超新星驱动的外流贡献极小。

ABSTRACT

The existence of hot, X-ray luminous gaseous coronae surrounding present day L* galaxies is a generic prediction of galaxy formation theory in the cold dark matter cosmogony. While extended X-ray emission has been known to exist around elliptical galaxies for a long time, diffuse extra-planar emission has only recently been detected around disc galaxies. We compile samples of elliptical and disc galaxies that have Chandra and XMM-Newton measurements, and compare the scaling of the coronal X-ray luminosity (L_X) with both the K-band luminosity (L_K) and the coronal X-ray temperature (T_X). The X-ray flux measurements are corrected for non-thermal point source contamination by spatial excision and spectral subtraction for resolved and unresolved sources respectively. We find that the properties of the extended X-ray emission from galaxies of different morphological types are similar: for both elliptical and disc galaxies, the L_X - L_K and L_X - T_X relations have similar slope, normalisation and scatter. The observed universality of coronal X-ray properties suggests that the bulk of this emission originates from gas that has been accreted, shock-heated and compressed during the assembly of the galaxy and that outflows triggered by stellar processes make only a minor contribution to the X-ray emission. This reservoir of cooling gas is a potential source of morphological transformation; it provides a fresh supply of material for discs to grow around galaxies of all morphological types.

研究动机与目标

• 检验$L_\star$盘星系和椭圆星系中的X射线日冕是否在形态不同的情况下仍具有相似的物理特性。
• 确定观测到的X射线发射是否主要源于冷却流入，还是反馈驱动的外流。
• 评估星系形成过程（如吸积、激波加热和反馈）在塑造不同星系类型X射线日冕中的作用。
• 评估观测到的X射线标度关系与冷暗物质星系形成模型预测的一致性。

提出的方法

• 汇编来自Chandra和XMM-Newton的X射线数据，针对一组具有测量$ L_{\rm X} $、$ T_{\rm X} $和$ L_{\rm K} $的$L_\star$盘星系和椭圆星系。
• 通过空间剔除和光谱减法分别对已解析和未解析的非热点源进行污染校正。
• 使用线性回归与散点分析，对不同星系类型的$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$和$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系进行统计比较。
• 引入星系群和星系团的外部数据，将$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系延伸至星系尺度。
• 基于Apec等离子体模型的黑体修正，验证观测到的$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系中的拐点并非能量波段选择造成的伪影。
• 利用gimic流体动力学模拟数据对观测到的标度关系背后的物理解释进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 L_\star$盘星系和椭圆星系中的X射线日冕是否遵循相同的$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$标度关系？
• RQ2 在低温度（~1 keV）下，$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系在不同星系形态中是否具有普适性？
• RQ3 X射线发射的主要物理起源是什么——冷却流入还是反馈驱动的外流？
• RQ4 观测到的X射线标度关系与WF91解析模型及宇宙学模拟的预测相比如何？
• RQ5 超新星反馈及其他过程在多大程度上改变了盘星系日冕的预期X射线光度？

主要发现

• L_\star$盘星系和椭圆星系的$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$和$L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系在斜率、归一化值和散点上均无法区分，表明日冕性质具有普适性。
• $L_{\rm X}$-$T_{\rm X}$关系在~1 keV处出现拐点，低温区斜率更陡，且该特征从星系群平滑延续至单个星系。
• 观测到的X射线发射与超新星驱动外流占主导地位的假设不一致，因为$L_{\rm X}$-$L_{\rm K}$关系并未表现出反馈模型所预期的与恒星形成率的相关性。
• X射线日冕性质的相似性表明，大部分发射源自在晕团组装过程中被激波加热的气体，而非持续的反馈过程。
• 数据支持一种情景：日冕气体主要通过引力和激波过程吸积并加热，而反馈仅起次要作用，通过降低X射线光度来影响结果。
• 观测到的标度关系与gimic等宇宙学模拟一致，这些模拟表明超新星反馈会降低日冕中气体的密度和熵，导致X射线光度低于WF91模型的预测值。