[論文レビュー] Sardinia Radio Telescope observations of Abell 194 - the intra-cluster magnetic field power spectrum

F. Govoni, M. Murgia+31 more|Leiden Repository (Leiden University)|Mar 25, 2017

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、サルディニア電波望遠鏡およびVLAの観測を用いて、アベル194という低密度銀河団における団内磁界をファラデー回転測定（RM）画像法とスペクトル年齢分析によって分析した。銀河団内で測定された最弱の中心磁界である1.5 ± 0.2 μGを特定し、磁界はガス密度に比例して変化し、B₀ ∝ n₀^1.1 と表される。磁界のパワースペクトルはコルモゴロフモデルと整合的であり、最大フラクチュエーションスケールは64 ± 24 kpcであった。

ABSTRACT

We study the intra-cluster magnetic field in the poor galaxy cluster Abell 194 by complementing radio data, at different frequencies, with data in the optical and X-ray bands. We analyze new total intensity and polarization observations of Abell 194 obtained with the Sardinia Radio Telescope (SRT). We use the SRT data in combination with archival Very Large Array observations to derive both the spectral aging and Rotation Measure (RM) images of the radio galaxies 3C40A and 3C40B embedded in Abell 194. The optical analysis indicates that Abell 194 does not show a major and recent cluster merger, but rather agrees with a scenario of accretion of small groups. Under the minimum energy assumption, the lifetimes of synchrotron electrons in 3C40B measured from the spectral break are found to be 157 Myrs. The break frequency image and the electron density profile inferred from the X-ray emission are used in combination with the RM data to constrain the intra-cluster magnetic field power spectrum. By assuming a Kolmogorov power law power spectrum, we find that the RM data in Abell 194 are well described by a magnetic field with a maximum scale of fluctuations of Lambda_max=64 kpc and a central magnetic field strength of =1.5 microG. Further out, the field decreases with the radius following the gas density to the power of eta=1.1. Comparing Abell 194 with a small sample of galaxy clusters, there is a hint of a trend between central electron densities and magnetic field strengths.

研究の動機と目的

• ファラデー回転測定を用いて、アベル194における団内磁界の強さと空間的構造を特定すること。
• 光学的赤方偏移およびX線データを用いて、合体活動を評価するための団の力学的状態を調査すること。
• RMデータに加えてスペクトル年齢分析と電子密度プロファイルを組み合わせ、磁界パワースペクトルを制約すること。
• 他の銀河団と比較して、アベル194の磁界特性が団の密度や温度とどのようなスケーリング関係にあるかを検討すること。

提案手法

• 複数の周波数でサルディニア電波望遠鏡（SRT）を用いて、アベル194の新しい全強度および偏光放射観測を取得した。
• SRTデータをアーカイブ済みのバリエイティブ・レディオアレイ（VLA）観測と統合し、3C 40Aおよび3C 40Bという2つの電波銀河の高分解能回転測定（RM）画像を生成した。
• 同期放射放出のスペクトルブレイク解析を用いて、最小エネルギー仮定の下で電子の寿命を推定し、放射的年齢を推定した。
• ROSATおよびチャンドラX線観測から、熱プラズマ分布をモデル化するための団内電子密度プロファイルを推定した。
• 最小スケールを固定（Λ_min = 1 kpc）し、最大スケールを変化可能なパラメータとするコルモゴロフ型磁界パワースペクトルモデルにRMデータをフィットした。
• 仮定されたパワーロー法則モデルの下で、RM分散およびガス密度プロファイルを用いて、磁界自己相関長（Λ_B）と中心磁界強度（⟨B₀⟩）を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 貧弱銀河団アベル194における団内磁界の強さと空間的分布は何か？
• RQ2 アベル194における磁界パワースペクトルは、コルモゴロフスペクトルなどの理論的モデルとどのように比較できるか？
• RQ3 アベル194の力学的状態はいかなるものか？最近の主要合体や継続的降着の兆候は見られるか？
• RQ4 磁界強度は、団内の熱ガス密度とどのようにスケーリングするか？
• RQ5 中心磁界強度とクラスタの性質（温度や電子密度など）との間に相関関係があるか、サンプル内の複数のクラスタで検証できるか？

主な発見

• アベル194の中心磁界強度は ⟨B₀⟩ = 1.5 ± 0.2 μG であり、ファラデー回転解析を用いた銀河団で測定された最弱の値である。
• 磁界パワースペクトルは、最大フラクチュエーションスケールが Λ_max = 64 ± 24 kpc のコルモゴロフモデルで最もよく記述される。
• 磁界自己相関長は Λ_B = 20 ± 8 kpc であり、キロパーセクスケールで一貫性のある構造が存在することを示している。
• 磁界強度は半径とともに、ガス密度のη = 1.1 ± 0.2乗に従って減少しており、プラズマ密度と強い相関があることを示唆している。
• 中心磁界強度と中心電子密度との間に、⟨B₀⟩ ∝ n₀^0.47 の一時的な傾向が観測された。
• 最近の主要合体の兆候は見られず、主に北東−南西方向に沿った継続的降着のシナリオが支持されている。