[論文レビュー] GMRT 150 MHz follow up of diffuse steep spectrum radio emission in galaxy clusters

G. Macario, T. Venturi+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2011

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、銀河団 A 697におけるGMRT 150 MHz観測を通じて、超急勾配スペクトル電波ハロー（USSRH）の低周波数スペクトルを特徴づけ、スペクトル指数α ≈ 1.7を確認した。結果は、拡散電波放射の乱流再加速モデルを支持し、衝突する銀河団における巨大ハローの起源を理解するための重要な低周波数制約を提供する。

ABSTRACT

It has been recently found that a few galaxy clusters host diffuse radio halo emission with very steep synchrotron spectra ($α$ > 1.6), which may be classified as Ultra Steep Spectrum Radio Halos (USSRHs). USSRHs are expected in the turbulence re-acceleration model for the origin of cluster radio halos, and are best discovered and studied at low frequencies. We performed GMRT follow up observations of three galaxy clusters at 150MHz, selected from the GMRT radio halo survey, which are known to host an USSRH or candidate very steep spectrum diffuse emission. This project is aimed to characterize the low frequency spectrum of USSRHs for a detailed study of their origin and connection with cluster mergers. We present preliminary results at 150 MHz of the cluster A697.

研究の動機と目的

• 銀河団における超急勾配スペクトル電波ハロー（USSRH）の低周波数スペクトルを特徴づけること、特にA 697を対象としている。
• 急勾配スペクトルが最も顕著に現れる低周波数帯でスペクトルを測定することで、拡散電波放射の乱流再加速モデルを検証すること。
• 多周波数電波データを用いて、USSRHと進行中の銀河団衝突との関係を調査すること。
• 150 MHzまで観測を延長することで、電波ハロースペクトルの低周波数端に位置するスペクトルエネルギー分布モデルを改善すること。
• A 697における拡散放射の電力密度が、150–1400 MHzの周波数範囲で一様なパワーロー法則スペクトルに従っているかどうかを特定すること。

提案手法

• 151 MHzを中心とし、全帯域幅8 MHz（128チャンネル）で、150 MHzのGMRT観測を10時間実施。チャンネル幅は62.5 kHz。
• 標準的なAIPSベースのデータ還元を実施し、3C 147と3C 286を用いた輝度およびバンドパスキャリブレーション、0735+331を用いた位相キャリブレーションを実施。
• 非同一平面上の基線補正と強い外部源による sidelobe の抑制のため、121フェースト（各0.6°）を用いた広視野イメージングを実施。
• 位相のみの自己キャリブレーションとRFI除去を複数回繰り返し実施し、ダイナミックレンジと画像の忠実度を向上。
• 1σルーズノイズが0.8–1 mJy beam⁻¹、分解能が約26″ × 19″の中央領域の予備的クリーン画像を生成。
• 埋め込まれた離散的電波源（推定値 ~20 mJy）の寄与を差し引くことで、150 MHzにおける拡散ハローの全フレックス密度を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A 697における拡散電波放射のスペクトル指数は150 MHzでどのようになるか。また、より高い周波数と比較してどうなるか。
• RQ2 A 697の電波ハローの統合スペクトルは、150–1400 MHzの周波数範囲で一様なパワーロー法則モデルに従っているか。
• RQ3 150 MHzにおける観測された電波ハローの形状は、325 MHzでの形状と整合的か。特に南西の突起のような延長部について。
• RQ4 強いRFIと明るい点源が存在する中で、150 MHzにおける拡散放射の電力密度は信頼性を持って測定可能か。
• RQ5 A 697におけるハローのスペクトルの急勾配は、二次的電子生成モデルよりも乱流再加速モデルを支持するか。

主な発見

• A 697の150 MHz画像は、最大線形サイズが約1.3–1.4 Mpcに達する拡散電波ハローを明らかにし、SE/NW方向に延長しているほか、E/W方向への延長も可能性を示している。
• 予備的150 MHzにおける拡散ハローのフレックス密度は165–240 mJyと推定され、埋め込まれた点源の寄与を差し引いた平均値は約200 mJyとなった。
• ハローの統合スペクトルは、150 MHzから1.4 GHzの間でスペクトル指数α ≈ 1.7に一致しており、非常に急勾配スペクトルであることが示された。
• 150 MHzにおけるハロー形状は、中央部および南側の延長部において325 MHzと概ね類似しており、点源の差し引き作業は継続中である。
• フル解像度画像における1σルーズノイズレベルは0.8–1 mJy beam⁻¹であり、絶対的輝度キャリブレーションの不確実性は約15%であった。
• 強いRFIと明るい点源がダイナミックレンジを制限しているが、自己キャリブレーションおよび広視野イメージング技術により、これらの影響が効果的に軽減されている。