[論文レビュー] Asymmetric, arc minute scale structures around NGC 1275

E. Churazov, W. Forman+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 21

ひとこと要約

この論文は、ペルセウス銀河団に位置するNGC 1275の周囲に見られる非対称でアングル秒スケールのX線部分構造が、活発な核から噴出された相対論的プラズマの上昇気泡によって生じると提案している。これらの気泡は約3×10⁷年間にわたり上昇し、銀河団内物質と混合する。気泡の膨張と上昇時間のモデル化により、核の出力は約10⁴⁵ erg s⁻¹と推定され、冷却フローにおけるX線エネルギー損失と同等であるため、長期間にわたるAGNフィードバックが示唆される。

ABSTRACT

ROSAT HRI observations show complicated substructure in the X-ray surface brightness within $\sim$5 arcminutes around NGC 1275 -- the dominant galaxy of the Perseus cluster. The typical amplitude of the variations is of the order of 30% of the azimuthally averaged surface brightness at a given distance from NGC 1275. We argue that this substructure could be related to the activity of NGC 1275 in the past. Bubbles of relativistic plasma, inflated by jets, be forced to rise by buoyancy forces, mix with the ambient intracluster medium (ICM), and then spread. Overall evolution of the bubble may resemble the evolution of a hot bubble during a powerful atmospheric explosion. From a comparison of the time scale of the bubble inflation to the rise time of the bubbles and from the observed size of the radio lobes which displace the thermal gas, the energy release in the relativistic plasma by the active nucleus of NGC 1275 can be inferred. Approximate modeling implies a nuclear power output of the order of $10^{45}$ erg s$^{-1}$ averaged over the last $\sim 3~10^7$ years. This is comparable with the energy radiated in X-rays during the same epoch. Detailed measurements of the morphology of the X-ray structure, the temperature and abundance distributions with Chandra and XMM may test this hypothesis.

研究の動機と目的

• ペルセウス銀河団に位置するNGC 1275の周囲でROSAT HRIデータに観測された非対称でアングル秒スケールのX線表面輝度部分構造の起源を説明すること。
• これらの特徴が、特に相対論的プラズマ気泡の膨張と上昇によって引き起こされているかどうかを特定すること。
• 気泡の力学と観測された形態をモデル化することで、相対論的プラズマとしてのAGNの時間平均出力の推定を行うこと。
• 観測されたX線形態が、長期間にわたる核活動に起因する減衰する電波リブの残骸を反映しているという仮説を検証すること。
• 冷却フローにおけるエネルギー収支とフィードバック機構、特に熱的X線損失と非熱的AGN出力のバランスについての意味を評価すること。

提案手法

• NGC 1275を中心にした8′×8′領域を対象とし、52 ksecの露出時間を持つROSAT HRI X線データを用い、部分構造を明らかにするために適応平滑化を実施。
• X線表面輝度を方位平均半径プロファイルと比較し、偏差を特定。特徴を強調するために6″のガウス関数で畳み込み処理を施した。
• DRAGNアトラスの1380 MHz電波カウンターラインと照合し、特に3C 84源とNGC 1272と照合した。
• 浮力力に基づく気泡上昇の幾何学的モデルを用い、観測された電波リブのサイズとX線でのずれから、膨張時間と上昇時間を推定した。
• 簡略化された流体力学的モデルを用い、気泡の膨張速度、上昇時間、空間的広がりとを関連づけることで、AGNの総エネルギー出力を推定した。
• 推定されたAGN出力と冷却フローからのX線光度を比較し、エネルギー収支のバランスを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1275の中心部で観測された非対称でアングル秒スケールのX線表面輝度部分構造の原因は何か？
• RQ2 観測されたX線形態は、過去のAGN活動に起因する相対論的プラズマ気泡の上昇と混合によって説明可能か？
• RQ3 気泡の力学と観測された形態に基づいて、相対論的プラズマとしてのAGNの時間平均出力は何か？
• RQ4 推定されたAGN出力は、同じ timescale における冷却フローの熱的X線エネルギー損失と比べてどの程度か？
• RQ5 観測されたX線特徴は、一時的または力学的効果ではなく、長期間にわたる持続的核活動の痕跡であるとどの程度言えるか？

主な発見

• ROSAT HRIデータにおいて、NGC 1275の周囲に非対称なX線部分構造、特に渦巻き状の特徴と低輝度領域が、アングル秒スケールで観測された。
• 部分構造の振幅は、方位平均表面輝度の最大30％に達し、球対称性からの顕著なずれを示している。
• 形態は電波リブや空洞と相関しており、相対論的プラズマ気泡が熱的銀河団内物質を膨張・駆除していることを示唆している。
• 気泡の膨張と上昇時間のモデル化により、過去約3×10⁷年間にわたり時間平均で約10⁴⁵ erg s⁻¹のAGN出力が得られた。
• この推定された非熱的出力は、冷却フローにおける熱的X線エネルギー損失と同等であり、顕著なフィードバック役割を果たしている可能性がある。
• 複雑なX線形態は、長期間にわたる減衰する電波リブ気泡の残骸を示している可能性があり、持続的な核活動を支持する。