Published July 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
The Large Deficit of HMXB Emission from Luminous Infrared Galaxies: The Case of the Circumnuclear Starburst Ring in NGC 7552
Creators
- 1. University of Arkansas at Fayetteville
- 2. Goddard Space Flight Center
- 3. Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian
- 4. National Astronomical Research Institute of Thailand
- 5. Srinakharinwirot University
- 6. Durham University
- 7. University of Crete
- 8. Foundation for Research and Technology Hellas
Description
Luminous infrared galaxies (LIRGs), the most extreme star-forming galaxies in the nearby (D$<$30 Mpc) Universe, show a notable X-ray emission deficiency (up to a factor of $\sim$10) compared with predictions from scaling relations of galaxy-wide high mass X-ray binary (HMXB) luminosity with star-formation rate. In the nearby ($\approx$20 Mpc) LIRG NGC 7552, the majority of the IR emission originates in a circumnuclear starburst ring, which has been resolved into several discrete knots of star formation. We present results from recent Chandra observations of NGC 7552, which reveal significant deficits in the 2-7 keV X-ray luminosities from two of the most powerful star-forming knots. We hypothesize that the expected luminous HMXB populations in these knots are either (1) obscured by very large column densities or (2) suppressed due to the knots having relatively high metallicity and/or very young ages ($\lesssim$ 5 Myr). We distinguish between these possibilities using data from recent NuSTAR observations, whose sensitivity above 10 keV is capable of uncovering heavily obscured HMXB populations, since emission at these energies is more immune to absorption effects. We find no evidence of a heavily obscured HMXB population in the central region of NGC 7552, suggesting suppressed HMXB formation. We further show that metallicity-dependent scaling relations cannot fully account for the observed deficit from the most powerful star-forming knots or the central region as a whole. Thus, we suggest that recent bursts in local star formation activity likely drive the high $L_{\rm{IR}}$ within these regions on timescales $\lesssim$ 5 Myr, shorter than the timescale required for the formation of HMXBs.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تُظهر مجرات الأشعة تحت الحمراء المضيئة (LIRGs)، وهي أكثر المجرات التي تشكل النجوم تطرفًا في الكون القريب (D$< 30 $ Mpc)، نقصًا ملحوظًا في انبعاث الأشعة السينية (حتى عامل قدره $\sim$ 10) مقارنة بالتنبؤات من تحجيم علاقات ثنائية الأشعة السينية عالية الكتلة على مستوى المجرة (HMXB) مع معدل تكوين النجوم. في LIRG NGC 7552 القريبة (حوالي 20 مليون دولار أمريكي)، تنشأ غالبية انبعاثات الأشعة تحت الحمراء في حلقة انفجار نجمي حول النواة، والتي تم حلها في عدة عقدة منفصلة من تكوين النجوم. نقدم نتائج من ملاحظات شاندرا الأخيرة لـ NGC 7552، والتي تكشف عن عجز كبير في لمعان الأشعة السينية 2-7 كيلو فولت من اثنتين من أقوى العقد المكونة للنجوم. نفترض أن مجموعات HMXB المضيئة المتوقعة في هذه العقد إما (1) محجوبة بكثافات عمود كبيرة جدًا أو (2) مكبوتة بسبب العقد ذات المعدن العالي نسبيًا و/أو الأعمار المبكرة جدًا ($\ lesssim $ 5 Myr). نحن نميز بين هذه الاحتمالات باستخدام بيانات من ملاحظات NuSTAR الحديثة، والتي تكون حساسيتها أعلى من 10 كيلو فولت قادرة على الكشف عن مجموعات HMXB المحجوبة بشدة، لأن الانبعاثات في هذه الطاقات أكثر مناعة ضد تأثيرات الامتصاص. لم نجد أي دليل على وجود مجموعة HMXB غامضة للغاية في المنطقة الوسطى من NGC 7552، مما يشير إلى تكوين HMXB المكبوت. كما نظهر أن علاقات التحجيم التي تعتمد على المعادن لا يمكن أن تفسر بشكل كامل العجز الملحوظ من أقوى عقدة تشكيل النجوم أو المنطقة الوسطى ككل. وبالتالي، فإننا نقترح أن الانفجارات الأخيرة في نشاط تكوين النجوم المحلي من المحتمل أن تدفع $L _{\rm{IR }}$ المرتفع داخل هذه المناطق على نطاقات زمنية $\ lesssim $ 5 Myr، أقصر من النطاق الزمني المطلوب لتشكيل HMXBs.Translated Description (French)
Les galaxies infrarouges lumineuses (LIRG), les galaxies les plus extrêmes de formation d'étoiles dans l'univers voisin (D$<$ 30 Mpc), montrent une déficience notable en émission de rayons X (jusqu'à un facteur de $ \sim$ 10) par rapport aux prédictions des relations d'échelle de la luminosité binaire des rayons X de masse élevée (HMXB) à l'échelle de la galaxie avec le taux de formation d'étoiles. Dans le LIRG NGC 7552 voisin ($ \approx$ 20 Mpc), la majorité de l'émission IR provient d'un anneau de sursaut stellaire circumnucléaire, qui a été résolu en plusieurs nœuds discrets de formation stellaire. Nous présentons les résultats des observations récentes de Chandra de NGC 7552, qui révèlent des déficits significatifs dans les luminosités des rayons X 2-7 keV de deux des nœuds de formation d'étoiles les plus puissants. Nous émettons l'hypothèse que les populations de HMXB lumineuses attendues dans ces nœuds sont soit (1) obscurcies par de très grandes densités de colonnes, soit (2) supprimées en raison de la métallicité relativement élevée des nœuds et/ou de leur très jeune âge ($ \lesssim $ 5 Myr). Nous distinguons ces possibilités en utilisant les données des observations récentes de NuSTAR, dont la sensibilité au-dessus de 10 keV est capable de découvrir des populations de HMXB fortement obscurcies, puisque l'émission à ces énergies est plus immunisée contre les effets d'absorption. Nous ne trouvons aucune preuve d'une population de HMXB fortement obscurcie dans la région centrale de NGC 7552, suggérant une suppression de la formation de HMXB. Nous montrons en outre que les relations d'échelle dépendantes de la métallicité ne peuvent pas pleinement expliquer le déficit observé des nœuds de formation d'étoiles les plus puissants ou de la région centrale dans son ensemble. Ainsi, nous suggérons que les sursauts récents dans l'activité locale de formation d'étoiles entraînent probablement le $L_{\rm{IR}}$ élevé dans ces régions sur des échelles de temps $ \lesssim$ 5 Myr, plus courtes que l'échelle de temps requise pour la formation de HMXBs.Translated Description (Spanish)
Las galaxias luminosas infrarrojas (LIRGs), las galaxias de formación estelar más extremas en el Universo cercano (D$<$ 30 Mpc), muestran una notable deficiencia de emisión de rayos X (hasta un factor de $\sim$ 10) en comparación con las predicciones de las relaciones de escala de la luminosidad binaria de rayos X de alta masa (HMXB) en toda la galaxia con la tasa de formación estelar. En el cercano ($\approx$ 20 Mpc) LIRG NGC 7552, la mayoría de la emisión IR se origina en un anillo de estallido estelar circunnuclear, que se ha resuelto en varios nudos discretos de formación estelar. Presentamos los resultados de recientes observaciones de Chandra de NGC 7552, que revelan déficits significativos en las luminosidades de rayos X de 2-7 keV de dos de los nudos de formación estelar más poderosos. Presumimos que las poblaciones de HMXB luminosas esperadas en estos nudos están (1) oscurecidas por densidades de columna muy grandes o (2) suprimidas debido a que los nudos tienen una metalicidad relativamente alta y/o edades muy tempranas ($\ lesssim $ 5 Myr). Distinguimos entre estas posibilidades utilizando datos de recientes observaciones de NuSTAR, cuya sensibilidad por encima de 10 keV es capaz de descubrir poblaciones de HMXB muy oscurecidas, ya que la emisión a estas energías es más inmune a los efectos de absorción. No encontramos evidencia de una población de HMXB muy oscurecida en la región central de NGC 7552, lo que sugiere una formación suprimida de HMXB. Además, mostramos que las relaciones de escala dependientes de la metalicidad no pueden explicar completamente el déficit observado de los nudos de formación estelar más poderosos o de la región central en su conjunto. Por lo tanto, sugerimos que los estallidos recientes en la actividad local de formación estelar probablemente impulsen el alto $L_{\rm{IR}}$ dentro de estas regiones en escalas de tiempo $\ lesssim $ 5 Myr, más corto que la escala de tiempo requerida para la formación de HMXB.Files
pdf.pdf
Files
(11.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:af6f89b3fb84b6f6c8e2243f00a8441c
|
11.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- العجز الكبير لانبعاثات HMXB من مجرات الأشعة تحت الحمراء المضيئة: حالة حلقة الانفجار النجمي الدائري النووي في NGC 7552
- Translated title (French)
- The Large Deficit of HMXB Emission from Luminous Infrared Galaxies : The Case of the Circumnuclear Starburst Ring in NGC 7552
- Translated title (Spanish)
- El gran déficit de emisión de HMXB de galaxias infrarrojas luminosas: el caso del anillo de explosión estelar circumnuclear en NGC 7552
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3101438488
- DOI
- 10.3847/1538-4357/acd9aa
References
- https://openalex.org/W1716779813
- https://openalex.org/W1911041805
- https://openalex.org/W1922699913
- https://openalex.org/W1968666939
- https://openalex.org/W1979699774
- https://openalex.org/W1981030602
- https://openalex.org/W1987319691
- https://openalex.org/W1987837715
- https://openalex.org/W2003122826
- https://openalex.org/W2008246036
- https://openalex.org/W2009464208
- https://openalex.org/W2011301426
- https://openalex.org/W2022639306
- https://openalex.org/W2025401165
- https://openalex.org/W2034737787
- https://openalex.org/W2045182435
- https://openalex.org/W2084161376
- https://openalex.org/W2085427810
- https://openalex.org/W2109378552
- https://openalex.org/W2115022808
- https://openalex.org/W2116466430
- https://openalex.org/W2120050438
- https://openalex.org/W2124222208
- https://openalex.org/W2129760210
- https://openalex.org/W2130151541
- https://openalex.org/W2135625048
- https://openalex.org/W2137073334
- https://openalex.org/W2139840375
- https://openalex.org/W2152454699
- https://openalex.org/W2156733174
- https://openalex.org/W2157990417
- https://openalex.org/W2163157792
- https://openalex.org/W2165265292
- https://openalex.org/W2168906876
- https://openalex.org/W2170750435
- https://openalex.org/W2293423470
- https://openalex.org/W2302014718
- https://openalex.org/W2396454142
- https://openalex.org/W2614392239
- https://openalex.org/W2783391180
- https://openalex.org/W2809551981
- https://openalex.org/W2901270728
- https://openalex.org/W2901285157
- https://openalex.org/W2906684080
- https://openalex.org/W2964797456
- https://openalex.org/W2982593208
- https://openalex.org/W2995994809
- https://openalex.org/W3003257820
- https://openalex.org/W3023732327
- https://openalex.org/W3094388992
- https://openalex.org/W3096320395
- https://openalex.org/W3099470819
- https://openalex.org/W3099878876
- https://openalex.org/W3101164046
- https://openalex.org/W3101475307
- https://openalex.org/W3101575281
- https://openalex.org/W3101940216
- https://openalex.org/W3102120006
- https://openalex.org/W3102230680
- https://openalex.org/W3103479076
- https://openalex.org/W3105138618
- https://openalex.org/W3105656632
- https://openalex.org/W3105906680
- https://openalex.org/W3136996122
- https://openalex.org/W4210842167
- https://openalex.org/W4210952363
- https://openalex.org/W4309209227
- https://openalex.org/W4309879466
- https://openalex.org/W4312170392