[論文レビュー] A high-resolution view of the filament of gas between Abell 399 and Abell 401 from the Atacama Cosmology Telescope and MUSTANG-2

Adam D. Hincks, Federico Radiconi+44 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 101被引用数 36

ひとこと要約

本研究では、アタカマ・コスモロジー・テレスコープ（ACT）およびMUSTANG-2受信機からの高感度データを用いて、銀河団アベル399とアベル401を結ぶホットガスフィラメントの初の高分解能検出を報告する。3.3 ± 0.7 × 10¹⁴ M⊙のガスブリッジが5σの有意水準で確認され、横断的幅は約1.9 Mpc、視線方向の傾きは約17°であり、これは真の分離距離が約11 Mpcであることを示唆している。ガス密度は(0.88 ± 0.24) × 10⁻⁴ cm⁻³であり、温・熱い銀河間媒体（WHIM）と整合的である。

ABSTRACT

We report a significant detection of the hot intergalactic medium in the filamentary bridge connecting the galaxy clusters Abell 399 and Abell 401. This result is enabled by a low-noise, high-resolution map of the thermal Sunyaev-Zeldovich signal from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) and Planck satellite. The ACT data provide the $1.65'$ resolution that allows us to clearly separate the profiles of the clusters, whose centres are separated by $37'$, from the gas associated with the filament. A model that fits for only the two clusters is ruled out compared to one that includes a bridge component at $>5\sigma$. Using a gas temperature determined from Suzaku X-ray data, we infer a total mass of $(3.3\pm0.7) imes10^{14}\,\mathrm{M}_{\odot}$ associated with the filament, comprising about $8\%$ of the entire Abell 399-Abell 401 system. We fit two phenomenological models to the filamentary structure; the favoured model has a width transverse to the axis joining the clusters of ${\sim}1.9\,\mathrm{Mpc}$. When combined with the Suzaku data, we find a gas density of $(0.88\pm0.24) imes10^{-4}\,\mathrm{cm}^{-3}$, considerably lower than previously reported. We show that this can be fully explained by a geometry in which the axis joining Abell 399 and Abell 401 has a large component along the line of sight, such that the distance between the clusters is significantly greater than the $3.2\,\mathrm{Mpc}$ projected separation on the plane of the sky. Finally, we present initial results from higher resolution ($12.7"$ effective) imaging of the bridge with the MUSTANG-2 receiver on the Green Bank Telescope.

研究の動機と目的

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• アベル399とアベル401を結ぶフィラメント内のホット銀河間媒体を直接像として得、その特徴を明らかにすること。
• 多波長データを用いて、フィラメントの質量、幅、幾何学的形状といった物理的性質を特定すること。
• フィラメントの構造と運動が、合体前の銀河団系と整合的かどうかを検証すること。

提案手法

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• アタカマ・コスモロジー・テレスコープ（ACT）の高分解能（1.65′）熱サニヤエフ＝ゼルドビッチ効果（tSZ）マップを用いて、銀河団のプロファイルを解像し、フィラメントを検出する。
• SuzakuのX線測定と組み合わせてガス温度を制約し、全質量を推定する。
• フィラメントの半径方向プロファイルに現象論的モデル（例：メサモデル）をフィットさせ、横断的幅と幾何学的形状を推定する。
• MUSTANG-2の12.7′′分解能イメージングを用いて、ブリッジ内の小スケールの圧力構造や乱流を調査する。
• ベイズ推論とネストド・サブセット（emcee）を用いて、クラスタおよびフィラメントモデルをデータにフィットする。
• データ解析および可視化に、HEALPixベースの天球マッピングとHEALPyを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 .
• RQ2 アベル399とアベル401を結ぶホットガスフィラメントの全質量と空間的広がりは何か？
• RQ3 観測信号はフィラメント構造に一致するのか、それとも単に銀河団の放射の重ね合わせにすぎないのか？
• RQ4 特に視線方向に対するフィラメントの真正の幾何学的形状は何か？
• RQ5 測定されたガス密度は、温・熱い銀河間媒体（WHIM）の予想と一致するか？
• RQ6 クラスタ間で検出された電波の縁状構造の性質は何か？これは乱流または衝撃波と整合的か？

主な発見

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• フィラメントは5σ以上の有意水準で検出され、全質量は(3.3 ± 0.7) × 10¹⁴ M⊙であり、全システム質量の約8％を占める。
• フィラメントの横断的幅は約1.9 Mpcであり、天球上での投影分離距離3.2 Mpcよりも顕著に狭い。
• ガス密度は(0.88 ± 0.24) × 10⁻⁴ cm⁻³と測定され、以前の推定値よりも顕著に低い。
• 視線方向の傾きは約17°と推定され、これは真の物理的分離距離が3.2 Mpcという投影距離ではなく約11 Mpcであることを示唆している。
• MUSTANG-2データは顕著な圧力構造は示さないが、フィラメント内に低レベルの乱流に一致する過剰信号を検出している。
• システムは重力的に束縛されており、銀河団の質量と速度は合体前の状態と整合的である。