[論文レビュー] AGN Feedback, Host Halo Mass and Central Cooling Time: Implications for Galaxy Formation Efficiency and $M_{BH} - \sigma$

Robert Main, B. R. McNamara+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、銀河団におけるAGN降下エネルギーが、ホストハロー質量および中心冷却時間と関連していることを明らかにした。その結果、冷却時間が1 Gyr未満である場合にのみ、降下エネルギーがハロー質量と相関しており、これは降下エネルギーが冷却不安定性を制御していることを示している。結果は、自己相似スケーリングおよび$M_{BH} - \sigma$関係に従うブラックホールと銀河の共進化を支持しており、ハロー質量スケールにわたる星形成がきわめて厳密に制御されていることを示している。

ABSTRACT

We derive X-ray mass, luminosity, and temperature profiles for 45 galaxy clusters to explore relationships between halo mass, feedback, and central cooling time. We find that radio--mechanical feedback power (referred to here as AGN power) in central cluster galaxies correlates with halo mass, but only in halos with central atmospheric cooling times shorter than 1 Gyr. This timescale corresponds approximately to the cooling time (entropy) threshold for the onset of cooling instabilities and star formation in central galaxies (Rafferty et al. 2008). No correlation is found in systems with central cooling times greater than 1 Gyr. The trend with halo mass is consistent with self-similar scaling relations assuming cooling is regulated by feedback. The trend is also consistent with galaxy and central black hole co-evolution along the $M_{BH} - \sigma $ relation. power further correlates with X-ray gas mass and the host galaxy's K-band luminosity. power in clusters with central atmospheric cooling times longer than ~1 Gyr typically lies two orders of magnitude below those with shorter central cooling times. Galaxies centred in clusters with long central cooling times nevertheless experience ongoing and occasionally powerful outbursts. We further investigate the impact of feedback on cluster scaling relations. We find L-T, and M-T relations, excluding regions directly affected by AGN, that are consistent with the cluster population as a whole. While the gas mass rises, the stellar mass remains nearly constant with rising total mass, consistent with earlier studies. This trend is found regardless of central cooling time, implying tight regulation of star formation in central galaxies as their halos grew, and long-term balance between heating and atmospheric cooling. Our scaling relations are presented in forms that can be incorporated easily into galaxy evolution models.

研究の動機と目的

• 銀河団におけるAGN降下エネルギー、ホストハロー質量、および中心大気の冷却時間との関係を調査すること。
• 降下エネルギーが、さまざまなハロー質量領域における中心銀河の冷却不安定性および星形成を制御しているかどうかを特定すること。
• AGN降下エネルギーが、スケーリング関係（L-T、M-T）および銀河形成効率に与える影響を評価すること。
• AGN降下エネルギーとX線ガス質量およびホスト銀河のKバンド光度との相関関係を調査すること。
• 銀河進化モデルへの統合に適したスケーリング関係を提供すること。

提案手法

• X線観測を用いて45個の銀河団のX線質量、光度、温度プロファイルを導出した。
• X線温度および密度プロファイルから中心大気の冷却時間を計算した。
• 冷却時間の閾値（約1 Gyr）を基準にクラスタを分類し、短い冷却時間系と長い冷却時間系の間で降下エネルギーの挙動を比較した。
• AGN降下エネルギー、ハロー質量、X線ガス質量、Kバンド光度との相関関係を分析した。
• AGNに影響を受ける領域を除外することで、内在的なL-TおよびM-Tスケーリング関係を導出した。
• 自己相似スケーリング関係をベースラインとして用い、降下エネルギーによって制御される冷却と整合性があるかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGN降下エネルギーはホストハロー質量と相関しているか。もしそうなら、どのような条件下でそうなるか？
• RQ2 中心冷却時間が、銀河団におけるAGN降下エネルギーの強度および制御にどのように影響しているか？
• RQ3 AGN降下エネルギーは、さまざまなハロー質量における中心銀河の星形成をどの程度制御しているか？
• RQ4 AGNに影響を受ける領域を除外した場合、L-TおよびM-Tスケーリング関係はどのように振る舞うか？
• RQ5 AGN降下エネルギーとホスト銀河の性質（Kバンド光度およびX線ガス質量）との関係は何か？

主な発見

• AGN降下エネルギーは、中心冷却時間が1 Gyr未満のクラスタでのみハロー質量と相関しており、冷却不安定性の発生閾値に一致する。
• 冷却時間が1 Gyrを超えるクラスタでは、冷却時間が短いクラスタと比較してAGN降下エネルギーが2桁低い。
• 低降下エネルギーにもかかわらず、長冷却時間クラスタの銀河は依然として継続的かつときには強力なAGN噴出を経験している。
• AGNに影響を受ける領域を除外したL-TおよびM-Tスケーリング関係は、全体のクラスタ集団と整合的であり、フィードバックによる強力な制御が示唆される。
• 中心銀河の星形成質量は、全ハロー質量の増加に伴いほとんど一定である一方、ガス質量は増加しており、加熱と冷却の長期的バランスが保たれていると示唆される。
• 観測された傾向は、自己相似スケーリングおよび$M_{BH} - \sigma$関係に従うブラックホールと銀河の共進化を支持している。