[論文レビュー] Cluster Heating by Viscous Dissipation of Waves

Mateusz Ruszkowski, M. Brüggen+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2003

Material Science and Thermodynamics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、銀河団における間歇的AGN活動によって生成される波の粘性散逸が、放射冷却を相殺するのに十分な加熱を提供できることを示している。FLASHを用いたシミュレーションでは、せん断粘性を含めた結果、衝撃を伴わない空間的に分散された加熱が得られ、冷却時効よりも速く平衡状態に達する。間歇的AGN活動が、効果的な粘性加熱を実現するために不可欠であることが明らかになった。

ABSTRACT

We simulate the effects of viscous dissipation of waves that are generated by AGN activity in clusters of galaxies. We demonstrate that the amount of viscous heating associated with the dissipation of these waves can offset radiative cooling rates in cooling flow clusters of galaxies. This heating mechanism leads to spatially distributed and approximately symmetrical dissipation. The heating waves reach a given distance from the cluster center on a timescale shorter than the cooling time. This means that this heating mechanism has the potential of quenching cooling flows in a quasi-stable fashion. Moreover, the heating is gentle as no strong shocks are present in the simulations. We first investigated whether a single continuous episode of AGN activity can lead to adequate dissipation to balance cooling rates. These simulations demonstrated that, whereas secondary waves generated by the interaction of the rising bubble with the intracluster medium are clearly present, viscous heating associated with the dissipation of these waves is insufficient to balance radiative cooling. It is only when the central source is intermittent that the viscous dissipation of waves associated with subsequent episodes of activity can offset cooling. This suggests that the ripples observed in the Perseus cluster can be interpreted as being due to the AGN duty cycle, i.e., they trace AGN activity history. The simulations were performed using the PPM adaptive mesh refinement code FLASH in two dimensions, including Spitzer (shear) viscosity but no bulk viscosity.

研究の動機と目的

• AGN活動から生じる波の粘性散逸が、銀河団における放射冷却をバランスできるかどうかを調査すること。
• AGNの稼働周期が効果的な粘性加熱を維持する上で果たす役割を特定すること。
• 波駆動の粘性加熱が、強い衝撃を伴わず、空間的に分散され安定した加熱を提供できるかどうかを評価すること。
• 単一のAGNイベントと間歇的AGNイベントからの粘性加熱の効率を比較すること。
• ペルセウス銀河団のようなクラスタで観測されたリップルが、AGN稼働周期の歴史を示す兆候であると解釈すること。

提案手法

• 2次元で、PPM自己整合メッシュリファインメントコードFLASHを用いてシミュレーションが実施された。
• せん断（スピッツァー）粘性を導入し、銀河団内媒体における波の粘性散逸をモデル化した。
• 体積粘性を除外することで、せん断粘性の影響を明確に分離した。
• AGN活動は、単一の連続的イベントまたは間歇的バーストとしてモデル化された。
• 波の伝播と粘性加熱を時間経過とともに追跡し、冷却率と比較した。
• 冷却時間に対して加熱の空間的分布と時間スケールを分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGN活動によって生成される波の粘性散逸は、銀河団における放射冷却率をバランスできるか？
• RQ2 間歇的AGN活動は、単一の連続的イベントよりも効果的な粘性加熱を生じるか？
• RQ3 粘性加熱は冷却時間スケールよりも速く平衡状態に達するか？
• RQ4 粘性加熱は、強い衝撃を伴わず、空間的に分散され対称的な加熱を提供できるか？
• RQ5 ペルセウス銀河団で観測されたリップルは、波の散逸を通じてAGN稼働周期をトレースできるか？

主な発見

• 波の散逸による粘性加熱は、冷却フローを示す銀河団における放射冷却率を相殺できる。
• 単一の連続的AGNイベントでは、波の生成と散逸が不十分であるため、十分な粘性加熱が得られない。
• 間歇的AGN活動により、複数回のイベントからの累積的波散逸によって、効果的な粘性加熱が実現される。
• 加熱は、冷却時間よりも短いスケールで任意の半径に達するため、迅速な安定化が可能である。
• 加熱メカニズムは穏やかであり、シミュレーションでは強い衝撃が観測されない。
• ペルセウス銀河団で観測されたリップルは、周期的な活動からの波散逸と整合的であるため、AGN稼働周期を示す可能性がある。