Οι πρώτες παρατηρήσεις γαλαξιών στο eROSITA Final Equatorial-Depth Survey

H εκπομπή ακτινοβολίας-Χ από γαλαξίες είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη των πληθυσμών των αστρικών υπολειμμάτων όπως τα άστρα νετρονίων και οι μαύρες τρύπες. Πολλά από αυτά τα αντικείμενα είναι μέλη διπλών αστρικών συστημάτων στα οποία μπορεί να προσλαμβάνουν υλικό από το συνοδό άστρο τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εκπομπή ακτινοβολίας Χ και είναι ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για την ανίχνευση των αστρικών υπολειμμάτων. Η συσχέτιση μεταξύ διπλών αστρικών συστημάτων που εκπέμπουν ακτινοβολία-Χ, των πληθυσμών αστρικών υπολειμμάτων και των αστρικών πληθυσμών του γαλαξία στον οποίο ανήκουν ήταν το αντικείμενο συστηματικών θεωρητικών και παρατηρησιακών  μελετών με τη χρήση των παρατηρητηρίων ακτίνων-Χ Chandra και XMM-Newton.  Αυτές οι μελέτες έδειξαν ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της έντασης της ακτινοβολίας-Χ, του ρυθμού αστρογέννεσης και της αστρικής μάζας των γαλαξιών. Επιπλέον υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι γαλαξίες με χαμηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα τείνουν να έχουν εντονότερη εκπομπή ακτινοβολίας-Χ. 

Το όργανο eROSITA ​​​​​ στην αποστολή “Spectrum-Roentgen-Gamma” πραγματοποιεί την πιο ευαίσθητη επισκόπηση όλου του ουρανού στο φάσμα των ακτίνων Χ. To eROSITA Final Equatorial-depth Survey (eFEDS) είναι μια πρώτη ενδεικτική μελέτη μιας μικρής περιοχής του ουρανού (140 deg2) σχεδιασμένη να φτάσει την ευαισθησία της τελικής επισκόπησης (η οποία αναμένεται να ολοκληρωθεί σε 4 χρόνια από την έναρξή της). Οι παρατηρήσεις αυτές μας δίνουν μια πρώτη εικόνα των δυνατοτήτων που ανοίγονται για μελέτες της ακτινοβολίας-Χ από γαλαξίες με τη χρήση των δεδομένων από το eROSITA.    

Η κατανομή των γαλαξιών στο πέδιο eFEDs συναρτήσει της απόστασής τους (μαύρα σημεία). Τα μπλέ σημεία αντιστοιχούν σε γαλαξίες με αστρογέννεση που έχουν ανιχνευθεί ως πηγές ακτινοβολίας-Χ στο πεδίο eFEDs, ενώ τα κόκκινα σημεία αντιστοιχούν σε γαλαξίες που παρουσιάζουν ακτινοβολία-Χ όμως έχουν χαμηλή ή καθόλου αστρογέννεση (Vulic et al. 2022).

Δυο μέλη του Ινστιτούτου Αστροφυσικής (Ηλίας Κυρίτσης, υποψήφιος διδάκτορας, και ο Ανδρέας Ζέζας, συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ) συμμετέχουν στην ομάδα μελέτης κοντινών γαλαξιών με το eROSITA, η οποία συντονίζεται από τον Δρ. Frank Haberl στο Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics. Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη από αυτή την ομάδα (Vulic et al. 2022) παρουσίασε την πρώτη λεπτομερή ανάλυση των γαλαξιών με έντονη αστρογέννεση που έχουν παρατηρηθεί σε αυτές τις πρώτες παρατηρήσεις. 

Η συσχέτιση μεταξύ λαμπρότητας της ακτινοβολίας Χ και ρυθμού αστρογέννεσης συναρτήσει του ρυθμού αστρογέννεσης ανά μονάδα μάζας (specific star-formation rate, sSFR) των γαλαξιών που έχουν ανιχνευθεί στο πεδίο eFEDs. Tα μπλέ σημεία αντιστοιχούν σε γαλαξίες που κυριαρχούνται από αστρογέννεση και δεν παρουσιάζουν ενδείξεις για κάποιο ενεργό γαλαξιακό πυρήνα.  Πολλοί γαλαξίες βρίσκονται πάνω από τη μαύρη γραμμή που δειχνει την αντίστοιχη  σχεση για κοντινούς γαλαξίες (Lehmer et al. 2016, ApJ, 825, 7)  και το σφάλμα της (γκρι ζώνη)  (Vulic et al. 2022).

Αυτή η εργασία μελέτησε την εκπομπή ακτινοβολίας Χ των γαλαξιών στο Heraklion Extagalactic Catalogue (HECATE), που έχουν παρατηρηθεί στο πεδίο του eFEDs με το eROSITA. Ο κατάλογος HECATE περιλαμβάνει όλους τους γνωστούς γαλαξίες σε μια ακτίνα 200 Mpc και περιέχει λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την απόστασή τους, το ρυθμό αστρογέννεσης, τη μεταλλικότητα και την παρουσία ενεργών γαλαξιακών πυρήνων. O κατάλογος αναπτύσσεται στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής, και είναι το αποτέλεσμα μια ευρείας συνεργασίας με τη συμμετοχή ερευνητών από Institute of Space Sciences (ICE-CSIC, Barcelona), την Ακαδημία Επιστημών της Τσεχίας, και  το κέντρο Goddard Space Flight Center της NASA (Greenbelt, USA).

Παρά τη μικρή περιοχή του ουρανού που έχει καλύψει το πεδίο eFEDS, αυτή η μελέτη οδήγησε στην ανακάλυψη ενός πληθυσμού μικρών γαλαξιών με έντονη αστρογέννεση και χαμηλή μεταλλικότητα, οι οποίοι όμως έχουν πολύ πιο έντονη εκπομπή ακτινοβολίας Χ από την αναμενόμενη με βάση προηγούμενες μελέτες ανάλογων γαλαξιών. Η παρατηρούμενη ακτινοβολία-Χ είναι έως και 10 φορές υψηλότερη από αυτή που αναμένεται με βάση το ρυθμό αστρογέννεσης των γαλαξιών. 

Η συσχέτιση μεταξύ λαμπρότητας της ακτινοβολίας Χ και ρυθμού αστρογέννεσης συναρτήσει της μεταλλικότητας των γαλαξιών. Τα χρωματιστά σημεία αντιστοιχούν στους γαλαξίες που έχουν ανιχνευθεί με το eROSITA στο πεδίο eFEDs (το χρώμα υποδηλώνει τη απόσταση της πηγής ακτίνων-Χ από το κέντρο του γαλαξία με τον οποίο σχετίζεται). Tα γκρί σημεία προέρχονται από παρατηρήσεις γαλαξιών με άλλα τηλεσκόπια ακτίνων-Χ.  H μπλέ διακεκομμένη γραμμή δειχνει τη μέση σχέση που έχει βρεθεί για κοντινούς γαλαξίες, ενώ η μαύρη συνεχής γραμμή δείχνει τη θεωρητική σχέση με βάση μοντέλα πληθυσμών διπλών αστρικών συστημάτων εκπομπής ακτίνων-Χ. Η μαύρη διακεκομμένη γραμμή δείχνει τη βέλτιστη σχέση που προκύπτει από τα δεδομένα του πεδίου eFEDs. Οι παρατηρήσεις με το eROSITA δείχνουν ένα πληθυσμό γαλαξιών με συστηματικά μεγαλύτερη λαμπρότητα ακτινοβολίας-Χ σε σύγκριση με παλιότερες μελέτες, ακόμα και όταν λάβουμε υπ’ οψιν και τον παράγοντα της μεταλλικότητας (Vulic et al. 2022).

Μια εκτενής διερεύνηση για την ύπαρξη ενεργών γαλαξιακών πυρήνων (κάτι που θα εξηγούσε την έντονη ακτινοβολία-Χ) σε αυτούς τους γαλαξίες δεν έδειξε καμία τέτοια ένδειξη. Αυτό αφήνει την εκπομπή ακτινοβολίας-Χ από αστρικά υπολείμματα ή θερμό αέριο ως τη βασική ερμηνεία για την υψηλή λαμπρότητα αυτών των γαλαξιών στην περιοχή των ακτίνων-Χ. Αυτό το αποτέλεσμα έχει ιδιαίτερη σημασία για την κατανόηση της ακτινοβολίας-Χ από γαλαξίες σε κοσμολογικές αποστάσεις και ειδικά στο πρώιμο σύμπαν όπου γαλαξίες χαμηλής μεταλλικότητας και με έντονη αστρογέννεση ήταν πιο κοινοί. 

Άρθρα:

  • Vulic N. et al."The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS). Presenting the demographics of X-ray emission from normal galaxies", 2022, A&A, 661, A16
  • Kovlakas K. et al. "A census of ultraluminous X-ray sources in the local Universe", 2020, MNRAS, 498, 4790