Can Observations of 511 keV Line From the M31 Galaxy Shed Light on the AGN Jet Composition? 1 [1]

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Positron annihilation line at 511 keV is a known component of the gamma-ray diffuse emission. It is believed to be produced in the Galaxy, but there could be possible extragalactic contribution as well. E.g., positrons can be produced in jets of active galactic nuclei (AGN) and after that accumulate and gradually annihilate in hot gaseous halos around galaxies. In this work we test this hypothesis in application to an individual object – the Andromeda galaxy (M31) which is close and has a supermassive black hole in its center, which powered an AGN before. We compute the growth history of the supermassive black hole in M31, relate it to the evolution of jet luminosity and estimate the positron content in its halo. We calculate the 511 keV photon flux due to positron annihilation which should be observed at Earth and find the value of around \(10^{-4}\) photon cm\({}^{-2}\)s\({}^{-1}\). It is very close to the observational limits (\(<10^{-4}\)photon cm\({}^{-2}\)s\({}^{-1}\)) set by the INTEGRAL/SPI in the assumption of the point source, so further observations would be able to constrain leptonic models of the jets and propagation of cosmic rays in the circumgalactic medium of large spiral galaxies.

About the authors

B. A. Nizamov

Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences (INR RAS), Lebedev Physical Institute, Pushchino Radio Astronomy Observatory

Author for correspondence.
Email: tattaluban@yandex.ru
Russia, Pushchino

M. S. Pshirkov

Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences (INR RAS), Lebedev Physical Institute, Pushchino Radio Astronomy Observatory; Sternberg Astronomical Institute, Lomonosov Moscow State University

Email: tattaluban@yandex.ru
Russia, Pushchino; Russia, 119234, Moscow, Universitetsky pr., 13

References

  1. S. Heinz and R. Sunyaev, Astron. Astrophys. 390, 751 (2002).
  2. Th. Siegert, R. Diehl, J. Greiner, M.G.H. Krause, A.M. Beloborodov, M.C. Bel, F. Guglielmetti, J. Rodriguez, et al., Nature 531, 341 (2016).
  3. A.A. Zdziarski, B. You, Micha-l Szanecki, Xiao-Bo Li, and M. Ge, Astrophys. J. 928, 11 (2022a).
  4. A.A. Zdziarski and E. Egron, Astrophys. J. Lett. 935, L4 (2022).
  5. A.A. Zdziarski, D.G. Phuravhathu, M. Sikora, M. Bottcher, and J.O. Chibueze, Astrophys. J. Lett. 928, L9 (2022b).
  6. M. Sikora, Galaxies 4, 12 (2016).
  7. P. Pjanka, A.A. Zdziarski, and M. Sikora, MNRAS 465, 3506 (2017).
  8. G. Ghisellini, MNRAS 424, L26 (2012).
  9. A. Vecchio, A.C. Vincent, J. Miralda-Escude, and C. Pena-Garay, arXiv e-prints, page arXiv:1304.0324 (2013).
  10. J. Tumlinson, M.S. Peeples, and J.K. Werk, ARAA 55, 389 (2017).
  11. J.F. Beacom and H. Yüksel, Phys. Rev. Lett. 97, 071102 (2006).
  12. R.M. Crocker and F. Aharonian, Phys. Rev. Lett. 106, 101102 (2011).
  13. R. Feldmann, D. Hooper, and N.Y. Gnedin, Astrophys. J. 763, 21 (2013).
  14. B.C. Lacki, MNRAS 448, L20 (2015).
  15. Ph.F. Hopkins, T.K. Chan, Sh. Garrison-Kimmel, S. Ji, K.-Y. Su, C.B. Hummels, D. Kereš, E. Quataert, and C.-A. Faucher-Gigu‘ere, MNRAS 492, 3465 (2020).
  16. St.R. Furlanetto and A. Loeb, Astrophys. J. 572, 796 (2002).
  17. T. Totani, PASJ 58, 965 (2006).
  18. P. Jean, N. Guessoum, and K. Ferrière, Multi-Messenger Astrophysics of the Galactic Centre 322, 172 (2017).
  19. A. Soltan, MNRAS 200, 115 (1982).
  20. A. Marconi, G. Risaliti, R. Gilli, L.K. Hunt, R. Maiolino, and M. Salvati, MNRAS 351, 169 (2004).
  21. Y. Ueda, M. Akiyama, K. Ohta, and T. Miyaji, Astrophys. J. 598, 886 (2003).
  22. A.M. Ghez, S. Salim, N.N. Weinberg, J.R. Lu, T. Do, J.K. Dunn, K. Matthews, M.R. Morris, et al., Astrophys. J. 689, 1044 (2008).
  23. R. Bender, J. Kormendy, G. Bower, R. Green, J. Thomas, A.C. Danks, Th. Gull, J.B. Hutchings, et al., Astrophys. J. 631, 280 (2005).
  24. N. Neumayer, PASA 27, 449 (2010).
  25. R.B. Menezes, J.E. Steiner, and T.V. Ricci, Astrophys. J. Lett. 762, L29 (2013).
  26. G. Ghisellini, F. Tavecchio, L. Maraschi, A. Celotti, and T. Sbarrato, Nature 515, 376 (2014).
  27. G. Ghisellini and F. Tavecchio, MNRAS 397, 985 (2009).
  28. N. Prantzos, C. Boehm, A.M. Bykov, R. Diehl, K. Ferrière, N. Guessoum, P. Jean, J. Knoedlseder, et al., Rev. Modern Phys. 83, 1001 (2011).
  29. R.J. Gould, Astrophys. J. 344, 232 (1989).
  30. M. Tucci and M. Volonteri, Astron. Astrophys. 600, A64 (2017).
  31. S.D.M. White and M. J. Rees, MNRAS 183, 341 (1978).
  32. J.-T. Li, J.N. Bregman, Q.D. Wang, R.A. Crain, M.E. Anderson, and Sh. Zhang, Astrophys. J. Suppl. Ser. 233, 20 (2017).
  33. M.S. Mirakhor, S.A. Walker, J. Bagchi, A.C. Fabian, A.J. Barth, F. Combes, P. Dabhade, L.C. Ho, and M.B. Pandge, MNRAS 500, 2503 (2021).
  34. B. Otte and J. Bregman, In Am. Astron. Soc. Meet. Abstracts, V. 211 of Am. Astron. Soc. Meet. Abstracts, p. 139.01, December 2007.
  35. T. Westmeier, R. Braun, and D. Thilker, Astron. Astrophys. 436, 101 (2005).
  36. N. Lehner, J.Ch. Howk, and B.P. Wakker, Astrophys. J. 804, 79 (2015).
  37. A. de Angelis, V. Tatischeff, I.A. Grenier, J. McEnery, M. Mallamaci, M. Tavani, U. Oberlack, L. Hanlon, et al., J. High Energy Astrophys. 19, 1 (2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Pleiades Publishing, Ltd.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».