[論文レビュー] Chandra observation of the most interesting cluster in the Universe

Maxim Markevitch|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、500 ksのチャンドラ観測を用いて、バブル銀河団（1E 0657–56）のX線からの質量推定値が、一時的な合体誘発加熱のため2.4倍 overestimated されていることを示した。また、電子は衝撃波前線で即座に加熱され、95%信頼水準で衝突的（スピッツァー）等化時間スケールが除外された。これらの結果は、高赤方偏移サーベイにおけるクラスタ質量の誤推定リスクを浮き彫りにし、銀河団間媒体における電子-イオンエネルギー移動の最初の直接的テストを提供する。

ABSTRACT

Chandra has recently observed 1E0657-56, a hot merging system at z=0.3 (the ``bullet'' cluster), for 500 ks. I present some of the findings from this dataset. The cluster exhibits a prominent bow shock with M=3.0+-0.4 (one of only two known M>>1 shock fronts), which we use for a first test of the electron-ion equilibrium in an intergalactic plasma. The temperatures across the shock are consistent with instant shock-heating of the electrons; at 95% confidence, the equilibration timescale is much shorter than the collisional Spitzer value. Global properties of 1E0657-56 are also remarkable. Despite being extremely unrelaxed, the cluster fits well on the Lx-T relation, yet its total mass estimated from the M-T relation is more than twice the value measured from lensing. This is consistent with simulations predicting that in the middle of a merger, global temperature and X-ray luminosity may be temporarily boosted by a large factor.

研究の動機と目的

• 暴発的合体中の動的擾乱を示すクラスタにおけるX線質量推定値の信頼性を評価すること。
• 高マッハ数衝撃波を用いて、銀河団間プラズマにおける電子-イオンエネルギー等化時間スケールをテストすること。
• クラスタの観測されたX線輝度と温度が、一時的な合体効果によって平衡状態から逸脱しているかどうかを評価すること。
• 高赤方偏移における低統計的X線サーベイで、クラスタの非平衡状態を信頼性を持って検出できるかどうかを検討すること。
• X線温度と輝度からの質量推定における系統的バイアスを特定することで、将来的なX線サーベイのベンチマークを提供すること。

提案手法

• 0.8–4 keVバンドで、1E 0657–56の500 ksのチャンドラACIS-I観測を取得し、高分解能イメージングおよび分光測定を実施した。
• 衝撃波後方および衝撃波前方領域から抽出した半径方向温度プロファイルを用いて、クラスタの合体前温度および質量を推定した。
• 球対称性の仮定と投影密度プロファイルを用いて、視線方向の混入を補正するための再投影技術を適用した。
• 衝撃波における密度ジャンプからマッハ数を計算し、M = 3.0 ± 0.4が得られた。
• 観測データと比較するため、即座の衝撃加熱モデルとスピッツァー衝突的等化モデルの両方を用いて、衝撃波後方の電子温度をモデル化した。
• 非熱的汚染の妥当性チェックを実施し、スペクトル解析および第二の衝撃領域（M ≈ 2）との比較を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 合体中のクラスタにおけるX線由来の質量推定値は、合体に伴う一時的加熱のため著しくバイアスを受ける可能性があるか？
• RQ2 銀河団間媒体における電子-イオンエネルギー等化は、古典的スピッツァー衝突的時間スケールよりも速いか？
• RQ3 高赤方偏移における低露出X線サーベイで、クラスタの非平衡状態を信頼性を持って検出できるか？
• RQ4 衝撃波を越える観測された温度ジャンプは、即座の電子加熱を支持するか、それとも衝突による遅延等化を支持するか？
• RQ5 クラスタがL_X–T関係における位置が、その真の力学的状態を隠ぺいする程度はどの程度か？

主な発見

• 1E 0657–56のM–T関係からのX線由来質量は1.9×10^15 M☉であり、Cloweら（2004）の強引力レンズ質量推定値と比較して2.4倍過大評価されている。
• クラスタの温度と輝度は、約0.15 Gyr前にコア通過を経験した最近の合体のため、数倍の一時的ブーストを示しており、シミュレーションと整合的である。
• 衝撃波のマッハ数はM = 3.0 ± 0.4と測定され、クラスタ内でM ≫ 1の衝撃波として知られる二つあるうちの一つである。
• 衝撃波を越える電子温度は即座の加熱と整合的であり、95%信頼水準でスピッツァー衝突的等化時間スケールが除外された。
• 主クラスタの合体前温度は約10 keV以下と推定され、これはレンズ質量の1.5倍以内の質量推定値を示唆する。
• 電波ハローに起因する非熱的汚染は、温度測定値を高く歪めない。逆コンプトン放射が発生すれば、よりソフトなスペクトルを示すためである。