THE STUDY OF ULTRALUMINOUS X-RAY SOURCESIN HIGH STAR FORMATION RATE GALAXIES

Abstract

An ultraluminous X-ray source is an extragalactic, non-nuclear X-ray point source having an X-ray luminosity > 1039 erg s-1. In this work, the ULXs in five nearby high star-forming galaxies were studied (D < 60 Mpc) using the data obtained from the data archive of the Chandra X-ray telescope. The results indicated that 54 discrete X-ray sources that were detected. By calculating the flux and luminosity of each source, there were 31 sources that could be identified as ULXs. Given that the total star formation rate (SFR) of five sample galaxies was 116 Solar mass per year, the ULX detection rate is ~0.27 ULXs per unit star formation rate of one Solar mass per year and this rate was ~ 7.5 times lower than expected from a normal galaxy study. Furthermore, considering the total X-ray luminosity of the detected X-ray sources, it found that in most galaxy sample, i.e., NGC 7552, IC 5179, NGC 838 and NGC 5653, exhibited a lack of X-ray luminosity by ~ 38 – 77%, compared to the predicted value from a normal galaxy study. However, for the galaxy Arp 299, no deficit of total X-ray luminosity was observed, probably because Arp 299 is merging galaxy and has a complex structure leading to the confusion of the detection and identification of the sources. The researcher argued that the main cause of this deficit in the number of ULXs and integrated X-ray luminosities might be because of a highly dense column of gas and dust in star-forming regions obscuring the number of ULXs and also absorbing the partial X-ray photons.

แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวด (Ultraluminous X-ray source) คือแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะแบบจุด (X-ray point source) ที่ตรวจพบภายนอกดาราจักรทางช้างเผือกและมีกำลังส่องสว่างมากกว่า 1039 เอิร์กต่อวินาที งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวดที่พบภายในดาราจักรที่มีอัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์สูง (high star forming galaxies) และมีระยะห่างจากผู้สังเกตการณ์ไม่เกิน 60 เมกกะพาร์เซค จำนวน 5 ดาราจักร โดยใช้ข้อมูลการสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์เอกซเรย์จันทรา (Chandra X-ray telescope) ผลการศึกษาทำให้สามารถระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในทั้ง 5 ดาราจักรได้ทั้งสิ้น 54 แหล่งกำเนิด และจากการวิเคราะห์ค่า ฟลักซ์และกำลังส่องสว่างของแต่ละแหล่งกำเนิดทำให้สามารถนิยามแหล่งกำเนิดที่พบให้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวดได้จำนวน 31 แหล่งกำเนิด หากพิจารณาอัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์เกิดใหม่ (star formation rate) ของทั้ง 5 ดาราจักรที่มีค่ารวมกันเท่ากับ 116 Solar mass per year ทำให้คิดเป็นสัดส่วนการพบแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวดต่ออัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์เกิดใหม่เท่ากับ 0.27 แหล่งกำเนิดต่ออัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์เกิดใหม่ 1 Solar mass per year โดยค่าที่ได้นี้ต่ำกว่าค่าที่พบในดาราจักรปกติถึงประมาณ 7.5 เท่า ยิ่งไปกว่านั้น หากพิจารณากำลังส่องสว่างรวมของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่พบในดาราจักรที่ทำการศึกษาพบว่าดาราจักรส่วนใหญ่ (ดาราจักร NGC 7552, IC 5179, NGC 838 และ NGC 5653) แสดงการขาดหายไปของกำลังส่องสว่างรวมของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์เทียบกับค่าคาดการจากดาราจักรปกติถึง 38 – 77 เปอร์เซ็น อย่างไรก็ตาม ผู้วิจัยไม่พบการขาดหายไปของกำลังส่องสว่างรวมของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในดาราจักร Arp 299 ซึ่งอาจเป็นผลมาจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของดาราจักร Arp 299 ทำให้เกิดความสับสนในการแยกแยะและระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ การขาดหายไปของจำนวนประชากรของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวดและกำลังส่องสว่างรวมของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์นั้นอาจจะอธิบายได้ด้วยสมมติฐานหลักที่ว่าแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่มีกำลังส่องสว่างยิ่งยวดส่วนใหญ่ถูกบดบังจากการสังเกตการณ์ด้วยกลุ่มฝุ่นแก๊สที่มีลักษณะหนาแน่นในบริเวณที่มีกระบวนการการก่อตัวของดาวฤกษ์เกิดใหม่ในอัตราที่สูง