[论文解读] X-ray observations of the starburst galaxy NGC 253:II. Extended emission from hot gas in the nuclear area, disk, and halo

W. Pietsch, A. Vogler+2 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 7

一句话总结

本研究利用深度ROSAT X射线观测，揭示了NGC 253核区、盘面和晕中来自高温气体的扩展软X射线发射，各组分分别贡献了总X射线光度（L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹）的大约三分之一。该发射源自星暴核驱动的超新星风，通过热等离子体模型追踪到不同组分，不对称的晕发射证实了星系的边缘朝向，表现为遮挡效应。

ABSTRACT

Spatial and spectral analysis of deep ROSAT HRI and PSPC observations of the near edge-on starburst galaxy NGC 253 reveal diffuse soft X-ray emission, which contributes 80% to its total X-ray luminosity (L$_{ m X} = 5 10^{39}$ \ergsec, corrected for foreground absorption). The nuclear area, disk, and halo contribution to the luminosity is about equal. The starburst nucleus itself is highly absorbed and not visible in the ROSAT band. We describe in detail spectra and morphology of the emission from the nuclear area, disk and halo and compare our results to observations at other wavelengths and from other galaxies. (abridged)

研究动机与目标

• 表征星暴星系NGC 253中弥漫软X射线发射的空间和光谱特性。
• 确定核区、盘面和晕中高温气体的起源和物理条件。
• 区分星系超新星风、喷泉过程以及潜在隐藏AGN活动的贡献。
• 利用X射线形态和吸收特性约束NGC 253的三维几何结构和方位。
• 将X射线结果与多波段数据进行比较，检验非平衡冷却和风驱动喷流模型。

提出的方法

• 对NGC 253的深度ROSAT HRI和PSPC观测进行空间和光谱分析。
• 使用具有不同氢柱密度（N_H）的热轫致辐射和稀薄热等离子体模型拟合X射线光谱。
• 将发射分离为不同区域：核区、盘面、日冕（标高约1 kpc）和外晕（投影距离达9 kpc）。
• 以银河系前景吸收（N_H = 1.3×10²⁰ cm⁻²）为参考，推断本征吸收和几何结构。
• 将X射线表面亮度轮廓与1.46 GHz射电图像和Hα图像进行比较，识别结构相关性。
• 在外晕发射中应用双温度等离子体模型和硬X射线尾部的高斯组分以实现拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 外晕中的X射线发射是由核区超新星风引起，还是由星形成盘面通过星系喷泉过程输运的高温气体引起？
• RQ2 晕的X射线光谱能否用延迟再结合模型描述？
• RQ3 核区和X射线喷流状发射是由星暴驱动，还是由隐藏AGN的喷流状活动引起？
• RQ4 非平衡冷却在塑造膨胀晕等离子体X射线光谱中起什么作用？
• RQ5 观测到的X射线不对称性如何约束NGC 253的三维方位和几何结构？

主要发现

• NGC 253的总X射线光度为L_X ≈ 5×10³⁹ erg s⁻¹，其中80%来自弥漫发射，核区、盘面和晕各贡献约1.2×10³⁹ erg s⁻¹。
• 核源（X34）为高度吸收的热轫致辐射源（T = 1.2 keV，N_H = 3×10²¹ cm⁻²），FWHM尺寸为250 pc，位于东南侧次极轴方向核上方100 pc处。
• X射线喷流为中空圆锥形结构（张角32°，延伸约700 pc），最佳拟合为热轫致辐射（T = 1.2 keV，N_H = 3×10²⁰ cm⁻²，L_X = 4.6×10³⁸ erg s⁻¹）与稀薄热等离子体（T = 0.33 keV，银河系吸收，L_X = 4×10³⁸ erg s⁻¹）的复合模型。
• 盘面发射沿旋臂分布，最佳描述为稀薄热等离子体（T = 0.7 keV，本征L_X = 1.2×10³⁹ erg s⁻¹），表面亮度轮廓显示内区（±3.4 kpc）和外区（±7.5 kpc）组分，与1.46 GHz射电轮廓匹配。
• X射线日冕（标高约1 kpc）仅在近端（东南侧）被探测到，T = 0.2 keV，L_X = 7.8×10³⁸ erg s⁻¹；远端（西北侧）的发射被遮挡，证实了边缘朝向。
• 外晕发射延伸至9 kpc投影距离，呈现类似号角的结构，具有更硬的光谱和更高的光度（西北侧10×10³⁸ erg s⁻¹，东南侧5×10³⁸ erg s⁻¹），需采用双温度模型（0.13和0.62 keV）或含高斯组分的稀薄等离子体模型才能获得合理拟合。