南大天文学家利用美国宇航局数据发现M33和Arp299的伽马射线

来自我们中国南京大学的天文学家,发现了两个还在形成恒星的星系M33和Arp299的伽马射线发射,其研究发现发表在《arxiv》上,可能有助于提高对星系极高能量发射来源的认识。一般认为星系中的伽马射线,是宇宙射线与星际气体相互作用的结果。由恒星组成的星系是巨大的宇宙射线储存库,因此研究星系的伽马射线发射是至关重要的。

然而,在伽马射线中探测到已知恒星形成星系的名单仍然相对较少,因此寻找新的星系并对其进行详细研究,对天文学家来说非常重要。现在,南京大学天文学小组研究报告表明:在伽马射线中探测到了两个正在形成恒星的星系。这一发现是利用美国宇航局费米卫星的数据,系统地搜索IRAS修正后的明亮星系样本中星系可能发出的伽马射线的一部分。

研究从IRAS修正的明亮星系样本中选择了样本星系,不包括用费米-LAT在伽马射线中探测到的15个红外明亮星系,这些星系被列入费米-LAT第四源目录。对每个星系执行了标准的分析步骤,最终检测到两个新的伽马射线源,这两个伽马射线源在空间上分别与M33和Arp 299重合。M33或称梅西耶33(也被称为三角星系)是本星系群中的第三大星系。

图示:M33附近0.3-500 GeV能带中的测试统计图

梅西耶33位于距地球约273万光年的三角星座,研究人员在0.1GeV/100GeV的能量范围内测量了大约1.28perg/ /s的磁通量,该值表示亮度约为1.1duodecillion erg/s。Arp299位于大熊座,距离地球约1.3亿光年,是该局部宇宙区域中最强大的恒星形成星系之一。这是一对处于高级合并状态的碰撞星系,西边是NGC3690,东边是IC694,西北部是一个小型致密星系。

在0.1GeV-100GeV能量范围内,测得通量约为1.08perg/ /s。在Arp299的案例中,有趣的是,研究发现了该星系伽马射线发射通量可变性的证据,这可能部分是由于Arp299中被遮挡的活动星系核(AGN)的原因。如果这种可变性是真的,部分辐射应该来自这个相互作用星系中被遮挡的活动星系核。总结这些结果,南京大学天文学家得出结论:M33和Arp299与恒星形成星系的伽马射线光度和总红外光度之间的相关性一致。

这支持了这样一种假设,即这种来源的伽马射线发射主要是由于宇宙射线与星际介质相互作用所致。恒星形成星系是巨大的宇宙射线储存库,这些宇宙射线通过与星际介质的碰撞将其相当大一部分能量转化为γ射线。研究还发现,0.1GeV-100GeV的γ射线光度与星系恒星形成率指标,如总红外(IR)光度有很好的相关性。利用费米卫星11.4年的γ射线数据,系统地研究了IRAS修正明亮星系样本中星系可能发出的γ射线。

M33和Arp299,具有TS≥25的意义,这表明它们的γ-射线发射应该主要来自与ISM相互作用的CRS。然而,有一个初步证据表明,Arp299发出的γ射线的通量可变。如果变率是真的,Arp299的部分发射应该来自这个相互作用星系系统中被遮挡的活动星系核。此外,还发现来自M33的γ射线超额位于星系系的东北区,那里有一个超巨型HⅡ区,即螺旋星系NGC604,这表明螺旋星系中一些明亮的恒星形成区,可能在星系中产生γ射线发射方面起主导作用。

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