星系團中央?yún)^(qū)域熱氣體二維溫度結(jié)構(gòu)探測和熱力學成分研究.pdf

1、在本論文中,利用新一代X射線天文衛(wèi)星的高空間和高能量分辨能力,我們分析了星系團中央?yún)^(qū)域氣體的二維溫度結(jié)構(gòu)特征和熱力學成分,從而為解決星系團氣體加熱機制等重要前沿課題提供了觀測約束。同時,進一步定量評估了探測到的二維溫度結(jié)構(gòu)以及其對應的氣體加熱對測量星系團總引力質(zhì)量輪廓所造成的影響。
　　 (一)使用高質(zhì)量Chandra觀測數(shù)據(jù),我們分析了紅移為0.1左右的九個星系團中央400h-171 kpc區(qū)域的二維氣體溫度分布。應用小波變換

2、和傅里葉功率譜方法,我們探測到了尺度為100h-171 kpc左右的顯著二維溫度結(jié)構(gòu)。這些二維溫度結(jié)構(gòu)的氣體溫度比周圍氣體溫度高約2-3 keV,所對應的能量超出為1058-60 erg?？紤]到星系團氣體中典型的湍流速度為200-400 km s-1,這些二維溫度結(jié)構(gòu)的有效熱傳導時標約為108-109年,比氣體冷卻時間小一個量級。因此,可以排除非均勻輻射冷卻造成這些溫度結(jié)構(gòu)的可能性。通過計算由中央AGN爆發(fā)所導致的氣泡狀結(jié)構(gòu)上升時標,我

3、們推測中央AGN反饋加熱[1]有可能是形成這些二維溫度結(jié)構(gòu)的主要機制。
　　 為了進一步定量估計星系團中央?yún)^(qū)域的二維溫度結(jié)構(gòu)對總引力質(zhì)量分布的X射線測量造成的偏離,我們分析了一個包含65個X射線亮星系團樣本的二維溫度分布和總引力質(zhì)量輪廓。在流體靜力學假定下,利用傳統(tǒng)角向平均方法得到的星系團中央?yún)^(qū)域總引力質(zhì)量輪廓顯著偏離于扣除探測到的二維溫度結(jié)構(gòu)后的總引力質(zhì)量輪廓,最大偏離為10-75％。這反映了目前利用X射線方法測量星系團中央?yún)^(qū)

4、域暗物質(zhì)分布的精度上限。同時這一工作也為將來精確計算星系團質(zhì)量輪廓提供了條件。
　　 (二)為了更全面地研究星系團中央?yún)^(qū)域氣體的熱力學狀態(tài)及其成分,我們分析了一個鄰近的典型cD星系團A1795的高質(zhì)量Chandra、XMM-Newton和Suzaku觀測數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)在中央80h-171 kpc區(qū)域內(nèi)主要存在兩相星系團氣體成分,其低溫成分和高溫成分的特征溫度分別為2.0-2.4 keV和5.0-5.7 keV。同時,我們探測到了

5、一個較弱的0.8 keV成分,對應中央cD星系內(nèi)氣體。通過對比二維輻射量度(emission measure)比值和金屬豐度分布,我們發(fā)現(xiàn)在半徑為50-100h-171kpc區(qū)域內(nèi)低溫成分含有較高的金屬豐度。采用cD corona模型[2],我們解釋了觀測得到的兩相氣體溫度、密度和輻射量度分布。在此模型中,因受到星系團磁場的約束氣體低溫成分分布于星系團中央?yún)^(qū)域,且與周圍高溫成分保持基本絕熱。另外,由于此模型預言的加熱源尺度和星系團中央射