[論文レビュー] MeerKAT discovery of a double radio relic and odd radio circle: connecting cluster and galaxy merger shocks

B. Koribalski, A. Veronica+12 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、合体銀河団PSZ2 G277.93+12.34におけるメアカットによる珍しい二重電波リリーフ系および新しいオッドラジオサークル（ORC）の発見を報告し、団スケールおよび銀河スケールの合体に起因する衝撃波構造を明らかにした。約2.6 Mpc離れて配置された二重リリーフと、直径400 kpcのORCは、合体駆動の衝撃波に起因する共通の形成機構を示唆している。

ABSTRACT

We present the serendipitous discovery of (1) a large double radio relic associated with the galaxy cluster PSZ2 G277.93+12.34 and (2) a new odd radio circle, ORC J1027-4422, both found in the same deep MeerKAT 1.3 GHz wide-band radio continuum image. The angular separation of the two arc-shaped cluster relics is ~16 arcmin or ~2.6 Mpc for a cluster redshift of z ~ 0.158. The thin southern relic, which shows several ridges/shocks including one possibly moving inwards, has a linear extent of ~1.64 Mpc. In contrast, the northern relic is about twice as wide, twice as bright, but only has a largest linear size of ~0.66 Mpc. Complementary SRG/eROSITA X-ray images reveal extended emission from hot intracluster gas between the two relics and around the narrow-angle tail (NAT) radio galaxy PMN J1033-4335 (z ~ 0.153) located just east of the northern relic. The radio morphologies of the NAT galaxy and the northern relic, which are also detected with the Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) at 888 MHz, suggest both are moving in the same outward direction. The discovery of ORC J1027-4422 in a different part of the same MeerKAT image makes it the 4th known single ORC. It has a diameter of ~90 arcsec corresponding to 400 kpc at a tentative redshift of z ~ 0.3 and remains undetected in X-ray emission. Supported by simulations, we discuss similarities between outward moving galaxy and cluster merger shocks as the formation mechanisms for ORCs and radio relics, respectively.

研究の動機と目的

• 合体銀河団における拡散的電波放射の起源、特に二重電波リリーフおよびオッドラジオサークル（ORC）の解明を目的とする。
• ORCと電波リリーフが合体衝撃波に起因する共通の形成機構を持つかどうかを特定することを目的とする。
• 特にスペクトル指数およびマッハ数を用いて、電波およびX線データを用いて団合体における衝撃波の性質を制約することを目的とする。
• 大規模な衝撃波構造における相対論的粒子加速および磁場の役割を検討することを目的とする。

提案手法

• PSZ2 G277.93+12.34領域における拡散的電波源を検出するために、メアカット電波望遠鏡を用いて深さ1.3 GHzの広帯域観測を実施した。
• SRG/eROSITAのX線画像と組み合わせて、高温の団内媒体の放射を特定し、衝撃領域を同定した。
• 高感度・高解像度イメージングを用いて、リリーフおよびORCの電波スペクトル指数と形態を分析した。
• 光学および赤外データ（VISTAヘミスフェア・サーベイ）と照合することで、関連する銀河および銀河団を同定した。
• 低周波数のASKAP RACSデータ（887.5 MHz）を用いて電波放射を確認し、スペクトル指数の測定を改善した。
• 北側リリーフと狭帯域尾（NAT）電波銀河の形態と運動を比較することで、共動する衝撃波のダイナミクスを推察した。

Figure 1: MeerKAT 1.3 GHz radio continuum image of a newly discovered double relic associated with the galaxy cluster PSZ2 G277.93+12.34. The image has a resolution of 7.7″ and is primary beam corrected. The pointing center lies $\sim$ 43′ south-west of the cluster centre.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PSZ2 G277.93+12.34における二重電波リリーフの形態の起源は何か。また、それは団合体の幾何学的構造とどのように関係しているか。
• RQ2 新たに発見されたORC J1027–4422は、銀河団内の電波リリーフと同様の衝撃駆動メカニズムによって説明可能か。
• RQ3 NAT電波銀河の運動と北側電波リリーフとの関係は何か。それは衝撃波の伝播に何を示唆するか。
• RQ4 二重リリーフが存在するにもかかわらず、PSZ2 G277.93+12.34で電波ハローが検出されないのはなぜか。これは合体ダイナミクスに何を示唆するか。
• RQ5 ORCの物理的性質（特にリング直径およびX線放射の欠如）は、既知の電波リリーフおよび合体シミュレーションと比較してどう異なるか。

主な発見

• PSZ2 G277.93+12.34で二重電波リリーフ系が発見された。南側リリーフは約1.64 Mpcにわたり、北側リリーフは約0.66 Mpcで、赤方偏移z ≈ 0.158の下で約2.6 Mpc離れて配置されている。
• 南側リリーフは複数のリッジを示し、内向きに進む衝撃の特徴が示唆されるが、北側リリーフは2倍の幅と2倍の明るさを示すが、よりコンパクトである。
• eROSITA X線データにより、リリーフの間およびNAT電波銀河PMN J1033–4335の周囲に高温の団内媒体が拡張して存在することが判明し、衝撃の存在が確認された。
• クラスタで電波ハローは検出されなかったため、粒子の再加速がまだ支配的でない合体段階であると示唆される。
• ORC J1027–4422は、直径約90″（z ≈ 0.3で400 kpc）であり、二重ピークを持つ部分的リング構造を示し、X線対応物は存在しない。
• ORC J1027–4422の形態は、縮小された二重リリーフおよび電波ハローに類似しており、電波リリーフと同様の合体衝撃波起源を支持する。

Figure 2: MeerKAT 1.3 GHz radio continuum image of the cluster double relic (as in Fig. 1 ) overlaid with eRASS:3 X-ray (0.3 – 2 keV) contours in blue. The eROSITA image was smoothed with a 30″ Gaussian; the contour levels are 0.001, 0.002, 0.004, 0.008 and 0.016. The overlaid circles indicate the a