1. 銀河中心領域拡散 X 線放射 松本浩典 ( 名古屋大学 KMI 現象解析研究センター )

2. 内容 銀河中心 diffuse X 線放射 – 熱的放射 鉄の 6.7keV, 6.9 keV 輝線 – 銀河中心領域 (l~0deg, b~0deg) – バルジ領域 (l~0deg, b~1deg) – リッジ領域 (l~10deg, b~0deg) 非熱的放射 ( 中性鉄蛍光 X 線 ) については、時間があれば。

3. X-ray image of the GC region Red: 1 – 3 keV Green: 3 – 5 keV Blue: 5 – 8 keV Wang et al. 2002, Nature, 415, 148 たくさんの点源 (X 線連星系 ) Diffuse 放射 20arcmin ~ 60pc Chandra image (100 分角 ×40 分角 )

4. 銀河中心 diffuse X 線スペクトル Suzaku Koyama et al. 2007, PASJ, 59, 245 X 線天文で非常に重要な輝線です

5. 答え : 鉄の特性 X 線 6.4keV 中性鉄の Kα 輝線 (Fe I) 6.7keV ヘリウム状イオン鉄の Kα 輝線 (Fe XXV) 6.9keV 水素状イオン鉄の Kα 輝線 (Fe XXVI)

6. 他の特性 X 線 Fe I Kβ Ni I Kα Ni XXVII Kα & Fe XXV Kβ Fe XXVI Kβ & Fe XXV Kγ Fe XXVI Kγ

7. 鉄の分布 Fe I (neutral) Fe XXV (He-like) Fe XXVI (H-like) すざく X 線 CCD イメージ (3deg × 0.5deg)

8. 鉄の分布 高階電離の鉄 –6.7 keV 輝線と 6.9 keV の輝線 : 似ている 中性の鉄 –6.4 keV 輝線 – 高階電離鉄分布とかなり異なる。より patchy 。 6.4keV 6.7keV 6.9keV 高階電離鉄の起源と、中性鉄の起源は、別に考える必要が ある。

9. 銀河中心 diffuse X 線 中心領域 (l~0deg, b~0deg) バルジ領域 (l~0deg, b~1deg) リッジ領域 (l~10deg, b~0deg)

10. 銀河中心の高階電離鉄の起源 宇宙線中の鉄原子核と、星間ガスの荷電交換反 応？ – 中性鉄輝線をも同時に説明しようとする野望。 高温ガス ? どうやって区別する？ He 状イオン鉄輝線の微細構造を使用。

11. 荷電交換反応 Fe +26 星間ガス ( 主に H, He) Fe +25 Fe +24 H-like Fe line (6.9keV) He-like Fe line (6.7keV) 宇宙線中の鉄原子核 宇宙線中の鉄イオンが、星間ガス中の水素や ヘリウムから電子を強奪する。

12. ヘリウム状イオン鉄輝線の微細構 造 Energy W x y z Highly resolved 6.7 keV line (ASTRO-H 衛星ならこう見えるはず ) 輝線の中心エネルギーは、微細構造線の含まれる比率による。 X 線 CCD では、これらを分解できない。 あわせて一本の輝線とみてしまう。

13. 荷電交換反応の場合 電子は高エネルギー準位に 入る。 – エネルギー保存則 電子は下の準位に落ちてい く。 n=2 の各準位 (l=0, 1) は、統 計的に埋まっていく。 E=0 n=1 13.6eV n~25 n=1 n=2 6.7keV line Fe XXV H

14. 電荷交換反応の場合 統計的に埋まっていく x, y, z 輝線は w 輝線と同程度出る。 6.7keV 輝線の中心エネルギー ~6666 eV. Z: 6637eV Y: 6668eV X:6682eV W: 6701eV E すざく X 線 CCD 分解能 中心値 ~6666eV

15. 高温ガスの場合 基底状態の電子が、衝 突 ( 電磁相互作用 ) で n=2 に上がる。 – 電気双極子遷移 – スピンは反転しない 1 P 1 準位が優先的に埋ま る W 輝線が強い 中心エネルギー ~6685eV 優先的に埋まる w x y z すざく CCD 分解能 中心値 ~6685eV

16. すざく衛星観測結果 2. 高温ガス 1. 荷電交換反応 6666eV 6685eV z w w z Hi res CCD Hi res CCD 6680 +/- 1 eV 高温ガス起源を支持 (Koyama et al. 2007)

17. 高温ガスの温度を測定する。 He-like Fe K α(6.7keV) H-like Fe Kα (6.9keV) He-like Fe Kβ(7.9keV) 輝線強度の比を利用 I(6.9keV)/I(6.7keV): イオン化温度 I(7.9keV)/I(6.7keV): 電子温度

18. 高温ガスの温度分布 ( 銀径方向 ) kT = 5~7 keV イオン化温 度 イオン化温度 ~ 電子温度 ~ 5 – 7keV l = 0.2deg ～ -0.4 deg でほぼ一定 6.9keV 輝線強度 /6.7keV 輝線強度

19. 高温ガスの質量測定 Thermal bremsstrahlung Power-law 連続成分の光度を利用 Lx ∝ n p n e V √T  n p n e V ~ 10 60 cm -3

20. 高温ガスの質量とエネルギー Total emission measure (n e n p V)~ 10 60 cm -3 高温ガスは少なくとも 1deg (~150pc) に分布 –V ~ 10 62 cm 3 –n e ~ 0.1 cm -3 (n e ~ n p ) Total thermal energy E ~ 3/2 (n e + n p ) kT V ~ 10 53 erg Total mass M ~ 8000 Msun

21. エネルギー収支 高温ガスの温度 (kT~6keV) >> 重力ポテンシャル (kT~400eV). –Mgal ~ 2e11Msun, Rgal ~ 20kpc  (G Mgal m p )/Rgal ~ 400eV 高温ガスは逃げていく。 –1 degree 以上に分布 (~150pc) – 音波が横切る時間スケール ~ 10 5 years. 音波の速度 (kT~6keV) ~ 10 8 cm/s 全熱エネルギー ~10 53 erg ~10 48 erg/year のエネルギーが注入されなければならな い。 銀河中心部 150pc の領域だけで、 100 年 ~1000 年に一発の 超新星が必要。

22. 対抗説 : 分解できない点源の寄せ集め 高温ガスを持つ暗い点源がたくさん集まっていたら よい。 – 最有力候補 : 激変星 Cataclysmic Variable ( 白色矮星連星系 ) 空間密度 ~ 3x10 -5 pc -3 主星 降着流 磁場を持つ白色矮星 Surface of white dwarf Accretion stream kT=1—25keV

23. 激変星 (CV) の X 線スペクトル Example of CV spectrum CVGC hot gas EW of 6.7keV ~200eV~400eV EW of 6.9keV ~100eV~150eV 銀河中心高温ガスを全部 CV で説明するのは難しそう。 Chandra の銀河中心長時間観測 (1Msec): 全光度の 40% しか点源に分解で きない (Revnivtsev, Vikhlinin, and Sazonov 2007, A&A, 473, 857). 3 本の鉄輝線を持つ。

24. 銀河中心高温ガスの起源 超新星爆発説 – エネルギー注入源として最もポピュラー。 特性 X 線を利用した撮像観測で、新 X-ray SNR が銀河中 心でよく見つかる。 –kT ～ 6keV の超新星残骸は知られていない。 通常 kT ～ 1keV 程度 過去の銀河中心核の活動？ その他？ – 磁気的なもの？ よくわかっていない。

25. バルジ領域 : 点源の重ね合わせ Chandra image at (l, b)=(0.113°, -1.424°) Chandra spectrum Revnivtsev et al. 2009, Nature, 458, 1142 バルジ領域の diffuse X 線の起源は、銀河中心とは異なりそうだ。 黒 : 全スペクトル 青 : 点源 赤 : 黒 - 青 点源分解率 ( 青 / 黒 )

26. リッジ領域 (|l|>1deg, b~0deg) 銀径 1 度以上にも 3 本の鉄ラインは存在する。 = Galactic Ridge X-ray Emission (GRXE) Yamauchi et al. 2009, PASJ, 61,295 Iron line from GRXE Uchiyama 2010, PhD thesis

27. リッジ領域のイオン化温度 ( 水素状鉄 Kα/ ヘリウム状鉄 Kα) I(6.9keV)/I(6.7keV) リッジ領域の温度は、中心領域より低い。

28. Chandra Deep observation (90ksec) (l,b)=(28.45deg, -0.2deg) Ebisawa, Maeda, Kaneda, Yamauchi, Science, 2001

29. 点源では説明できなかった Ebisawa, Maeda, Kaneda, Yamauchi, Science, 2001 リッジ放射を点源で説明 するために必要なレベル この観測で検出 された点源

30. リッジ放射の起源は？ 高温ガス？ – 中心領域より温度が低い。 なぜ？ – エネルギー収支の問題は、より深刻になる。 分解できない点源の重ね合わせ？ –Chandra 100ks 観測でも検出できないほど暗い – ヘリウム状鉄 Kα 輝線の等価幅 : 300 – 900 eV CV にしては大きすぎる。 やはり起源は未解決

31. 銀河中心熱的放射のまとめ 中心領域 (l~0deg, b~0deg) バルジ領域 (l~0deg, b~1deg) リッジ領域 (l~10deg, b~0deg) 高温ガス (kT~6keV) CV の重ね合わせ 起源不明 高温ガス？ CV の重ね合わせ？