[論文レビュー] ATCA observations of the galaxy cluster Abell 3921 - I. Radio emission from the central merging sub-clusters

C. Ferrari, R. W. Hunstead+3 more|ArXiv.org|Jul 6, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 52被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、z=0.094の衝突銀河団アベル3921におけるATCA 13および22 cmの電波観測を行い、17個の電波源を検出。そのうちの1つは、2番目に明るい団銀河（BG2）と関連する狭帯域尾（NAT）電波銀河である。星形成銀河およびポストスターバースト銀河における電波放射の欠如は、それらの低星形成率および活動停止状態を確認するものであり、NAT源は団の衝突中に継続するラム圧ストリッピングを示しており、電波形態と団コアの動的過程を結びつけるものである。

ABSTRACT

We present the analysis of our 13 and 22 cm ATCA observations of the central region of the merging galaxy cluster A3921 (z=0.094). We investigated the effects of the major merger between two sub-clusters on the star formation (SF) and radio emission properties of the confirmed cluster members. The origin of SF and the nature of radio emission in cluster galaxies was investigated by comparing their radio, optical and X-ray properties. We also compared the radio source counts and the percentage of detected radio galaxies with literature data. We detected 17 radio sources above the flux density limit of 0.25 mJy/beam in the central field of A3921, among which 7 are cluster members. 9 galaxies with star-forming optical spectra were observed in the collision region of the merging sub-clusters. They were not detected at radio wavelengths, giving upper limits for their star formation rate significantly lower than those typically found in late-type, field galaxies. Most of these star-forming objects are therefore really located in the high density part of the cluster, and they are not infalling field objects seen in projection at the cluster centre. Their SF episode is probably related to the cluster collision that we observe in its very central phase. None of the galaxies with post-starburst optical spectra was detected down our 2$σ$ flux density limit, confirming that they are post-starburst and not dusty star-forming objects. We finally detected a narrow-angle tail (NAT) source associated with the second brightest cluster galaxy (BG2), whose diffuse component is a partly detached pair of tails from an earlier period of activity of the BG2 galaxy.

研究の動機と目的

• アベル3921における2つの準団の衝突が、団銀河の星形成および電波放射に与える影響を調査すること。
• 団中心部に観測された星形成銀河が、実際に団のメンバーであるのか、あるいは投影された場所の銀河であるのかを特定すること。
• 特に特異な源であるSUMSS J224857-642059の性質と起源を、団の衝突ダイナミクスの文脈で分析すること。
• 文献と比較して、低赤方偏移銀河団における環境効果が電波活性AGNに与える影響を評価するため、電波源のカウントおよび性質を比較すること。

提案手法

• アベル3921を中心とする18×15 arcmin²領域で、オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイ（ATCA）を用いて13および22 cmの観測を実施。
• 0.25 mJy/beam以上の電波源を特定し、光学およびX線データと照合した。
• 銀河のスペクトルエネルギー分布および光学的分類（星形成中、ポストスターバースト/k+a）を分析し、星形成状態を評価した。
• スペクトル指数および偏光特性を測定し、特にNAT源R5における電波放射の物理的起源を推察した。
• XMM-NewtonからのX線データを用いて、団内物質（ICM）の密度および圧力をマッピングし、電波形態と関連づけた。
• 他の低赤方偏移銀河団の電波発光関数（RLF）および源カウントと比較し、環境効果を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アベル3921における進行中の衝突は、団銀河の星形成を促進するか、抑制するか？
• RQ2 団中心部に観測された星形成銀河は、実際に団のメンバーであるのか、それとも降着中の場所のスパイラル銀河であるのか？
• RQ3 BG2と関連する狭帯域尾（NAT）電波源の起源は何か？また、それは団の衝突とどのように関係しているか？
• RQ4 アベル3921の早期型銀河における電波特性は、他の低赤方偏移銀河団と比較してどう異なるか？
• RQ5 ポストスターバースト（k+a）銀河における電波放射は、継続的星形成と整合しているのか、それともポストスターバースト段階と整合しているのか？

主な発見

• 中心衝突領域に存在する9つの星形成銀河は電波波長で検出されず、星形成率の上限が通常の場所スパイラル銀河と顕著に低く、実際に団のメンバーとして星形成が抑制されていることを確認した。
• 団に存在するすべてのポストスターバースト（k+a）銀河が2σの電波源検出限界以下であったため、それらはほこりを含む星形成爆発ではないことが確認され、星形成活動が終了した段階にあることが示された。
• 電波源SUMSS J224857-642059（R5）は、BG2と関連する狭帯域尾（NAT）源と特定され、1.344 GHzにおける全電波出力はlog(P/W/Hz) = 24.0であった。
• R5の拡張電波放射は、広がった低スペクトル指数の尾（α ≈ -2.6から-3.5）が支配的であり、拡張部と核部の電波出力比が約18:1であった。これは、過去の活動段階からの「消滅中」の尾であることを示唆している。
• NWの尾部成分は強く偏光しており、スペクトル指数も比較的平坦である。これは、ラム圧ストリッピング中に密度の高いICM領域と相互作用したことで磁場が圧縮された可能性を示している。
• アベル3921における早期型銀河の電波発光関数は、一般的な団RLFと一致しており、初期衝突段階においても電波活性AGN活動が顕著に増加していないことが示された。