[論文レビュー] Magnetic Fields in Cooling Flow Clusters: A Critical View

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 16被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、'冷却フロー銀河団'から'コア冷却銀河団'への用語の変更が、冷却が顕著に発生しないと誤解を招くものであり、AGNフィードバックの研究や銀河団進化の比較的分析を損なうと主張する。著者は、中程度の冷却を再評価することで、全般的な熱伝導が抑制されている必要があること、そして銀河団内での気泡の安定性が磁場ではなくジェットインフレーションの力学から自然に生じることを示し、X線が不足する気泡の安定化に磁場の寄与が不要であるという仮説に反論する。

ABSTRACT

Shortly after the first results of Chandra and XMM-Newton appeared, many researchers in the field abandoned the term "cooling flow clusters" in favor of the name "cool core clusters". This change, I argue, has been causing damage by promoting the view that there is no substantial cooling in these clusters. In this contribution I discuss the following points, with emphasize on the last one that deals with magnetic fields in cooling flow clusters. (1) Both AGN-feedback and hot-gas cooling to form stars occur during galaxy formation as well as in cooling flow clusters. Ignoring cooling of the intra-cluster medium, as implied by the term "cool core", does not encourage comparative study of AGN feedback in cooling flow clusters with that of galaxy formation. (2) The line of thought that there is no cooling might lead to wrong questions and research directions. (3) A key question in both cooling flow clusters and during galaxy formation is the mode of accretion by the super massive black hole (SMBH). When cooling is neglected only accretion from the hot phase remains. Accretion from the hot phase, such as the Bondi accretion, suffers from some severe problems. (4) When it is accepted that moderate quantities of gas are cooling, it becomes clear that global heat conduction must be substantially suppressed. This does not favor a globally ordered magnetic field. As well, it makes global heat conduction unattractive.

研究の動機と目的

• 冷却フロー銀河団からコア冷却銀河団への用語的シフトを挑戦し、冷却が顕著に発生しないという誤解を生じさせ、科学的探求を歪める点を指摘する。
• AGNフィードバック機構を理解する上で、冷却フロー銀河団における中程度の冷却の重要性を再確立する。
• 冷却を無視するモデルに依存するボンディ降着の利用を批判し、その物理的整合性の欠如を強調する。
• 銀河団内での気泡の安定性が磁場に依存するのではなく、現実的なジェットインフレーションの力学から自然に生じることを示す。
• 磁場が熱伝導および気泡の形状に果たす役割を再評価し、大規模に整列した磁場の存在を否定する

提案手法

• チャンドラとXMM-ニュートンの観測証拠を分析し、冷却速度と冷却フローの痕跡（例：星形成、分子ガス、ダスト）の持続性を再評価する。
• 中程度の冷却フローモデル（Soker et al. 2001）を自然な状態とみなして再検討し、冷却が全くないという'理想のコア冷却'仮定と対比する。
• 銀河団内での熱伝導の役割を評価し、中程度の冷却が存在する場合、全般的な磁場の秩序が破れる可能性があると主張する。
• 気泡の進化に関する数値シミュレーションをレビューし、人工的な球状上昇モデルと現実的なジェットインフレーションシミュレーション（例：Sternberg & Soker 2008, 2009）を対比する。
• 気泡のレイリー＝ターレイ・不安定性の時効を検討し、ゆっくりで質量が大きく、広がりのあるジェット（例：ゆっくりで、質量が大きく、広がりのあるジェット）が内因的安定性を提供すると主張する。
• ジェットインフレーションによる気泡の流体力学的シミュレーションを用いて、渦の形成、減速する界面、運動量輸送が磁場がなくても気泡を安定化させることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ'冷却フロー銀河団'から'コア冷却銀河団'への用語の変更が、冷却が発生しないという誤解を生じさせ、科学的結果にどのような影響を及えるのか？
• RQ2 中程度の冷却が無視されると、銀河団内の超大質量ブラックホールへの降着モードのモデリングにどのような影響が生じるのか？
• RQ3 X線が不足する気泡が長期間にわたり安定している現象を、磁場による安定化を仮定せずに説明できるか？
• RQ4 冷却フロー銀河団において、全般的な熱伝導は果たす役割は何であり、大規模磁場の存在を制限する要因となるのか？
• RQ5 現実的なジェットインフレーションプロセスは、レイリー＝ターレイ不安定性およびケルビン＝ヘルムホルツ不安定性に対して、自然に気泡を安定化させるのか？

主な発見

• コア冷却銀河団という用語は、冷却が顕著に発生しないという誤解を生じさせ、誤った研究方向性を生み出し、中程度の冷却フローモデルの無視を招く。
• 中程度の冷却は、冷たいクラスターが中心部の超大質量ブラックホールに供給される冷温フィードバック機構にとって不可欠であり、この降着モードは純粋なボンディ降着とは両立しない。
• 中程度の冷却が存在する場合、全般的な熱伝導は顕著に抑制されなければならないが、これは大規模に整列した磁場の存在と矛盾する。
• 銀河団内での気泡の安定性は、ジェットインフレーションの力学から自然に生じる——特に減速する界面と内部の渦の形成によって——磁場による安定化は不要である。
• 現実的なインフレーションプロセスをモデル化したジェットインフレーション気泡のシミュレーションでは、長時間にわたりレイリー＝ターレイ不安定性やケルビン＝ヘルムホルツ不安定性の兆候が観測されない。
• 冷却を無視した人工的気泡シミュレーションでは、静的なIHM内での球状上昇を仮定し、不安定性の時効を過大評価しており、磁場の必要性に関する誤った結論を導いている。