[論文レビュー] The contribution of non-central radio galaxies to AGN feedback in rich galaxy clusters

Ruchika Seth, Ewan O’Sullivan+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、6つの巨大銀河団における銀河団内媒体（ICM）の加熱機構としての非中心部ラジオ銀河の役割を、GMRT 610 MHzラジオデータとChandra X線データを統合して調査した。その結果、最も明るい銀河団中心銀河（BCG）が長期的なICM冷却バランスを支配する一方で、特に拡張型FR-IおよびWAT源である非中心部ラジオ銀河は、非常に高いエネルギー（ジェット出力 ~10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹）を注入可能であり、平均して1クラスタあたり約1.2個のこのような源が存在することが判明した。これは、中心部AGNほど目立たないものの、加熱機構として無視できない役割を果たしている可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present a combined radio/X-ray study of six massive galaxy clusters, aimed at determining the potential for heating of the intra-cluster medium (ICM) by non-central radio galaxies. Since X-ray cavities associated with the radio lobes of non-central galaxies are generally not detectable, we use Giant Metrewave Radio Telescope 610~MHz observations to identify jet sources and estimate their size, and Chandra data to estimate the pressure of the surrounding ICM. In the radio, we detect 4.5% of galaxies above the spectroscopic survey limit (M*K+2.0) of the Arizona cluster redshift survey (ACReS) which covers five of our six clusters. Approximately one tenth of these are extended radio sources. Using star formation (SF) rates determined from mid-infrared data, we estimate the expected contribution to radio luminosity from the stellar population of each galaxy, and find that most of the unresolved or poorly-resolved radio sources are likely star formation dominated. The relatively low frequency and good spatial resolution of our radio data allows us to trace star formation emission down to galaxies of stellar mass ~10^9.5 Msol. We estimate the enthalpy of the (AGN dominated) jet/lobe and tailed sources, and place limits on the energy available from unresolved radio jets. We find jet powers in the range ~10^43-10^46 erg/s, comparable to those of brightest cluster galaxies. Our results suggest that while cluster-central sources are the dominant factor balancing ICM cooling over the long term, non-central sources may have a significant impact, and that further investigation is possible and warranted.

研究の動機と目的

• 豊富な銀河団における非中心部ラジオ銀河のAGNフィードバックへの寄与を評価すること。
• 非中心部AGNがICMの放射冷却を相殺するのに十分なエネルギーを注入できるかを特定すること。
• 非中心部ラジオ源に伴うX線キャビティの検出可能性を評価すること。
• 非中心部銀河における星形成とAGN主導のラジオ放射を区別すること。
• 巨大団における非中心部ラジオ源のラジオ輝度およびジェット出力の分布を確立すること。

提案手法

• 非中心部ラジオ源の特定とICM圧力の測定のため、Giant Metrewave Radio Telescope（GMRT）610 MHz観測とChandra X線データを統合して分析する。
• ACReSおよびHeCSの分光および光度的カタログを用いて、銀河団メンバーの確認、銀河の星族質量および星形成率の決定を行う。
• 中赤外領域の星形成率を用いて星族からの期待ラジオ輝度を推定し、AGNと星形成主導の放射を分離する。
• ラジオ源のサイズ、形状、ICM圧力からジェット/リブの内部エネルギーおよびジェット出力を計算し、加熱可能性を評価する。
• ラジオ源の性質（輝度、形状、質量、SFR）の統計的分析により、ICM加熱に与える集団的影響を評価する。
• シミュレーションを用いたX線キャビティの検出限界の評価により、非中心部キャビティの3σ検出には現在のデータより3～10倍の深さが必要であることが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 巨大団内の非中心部ラジオ銀河が、ICMの放射冷却を相殺するのに十分なエネルギーをICMに注入できるか？
• RQ2 非中心部ラジオ源のうち、AGN主導と星形成主導の割合はどれくらいか？また、これは銀河の質量や形状に依存するか？
• RQ3 非中心部ラジオ銀河のジェット出力は、最も明るい銀河団中心銀河（BCG）と比べてどの程度か？
• RQ4 現在のラジオサーベイは、ICM加熱に顕著な寄与を示す最もエネルギーの高い非中心部ラジオ源をどれだけ検出できるか？
• RQ5 非中心部ラジオ源に伴うX線キャビティを検出するにはどの程度の観測深さが必要か？

主な発見

• 5つのクラスタでACReS分光的限界を超える銀河の約4.5%がラジオで検出され、そのうち10%が拡張型源である。
• 拡張型非中心部ラジオ源は、非拡張型源に比べて平均して2桁以上高いラジオ輝度を示し、ジェット出力は~10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹の範囲にあり、BCGと同等の値を示す。
• 平均して1クラスタあたり1.2個の拡張型非中心部ラジオ源が存在するため、これはICM加熱の一般的でエネルギー的に顕著な源であることを示している。
• 最も質量の大きな銀河のうちわずか7%が強力な拡張型ラジオ源を有しており、全銀河群におけるラジオ検出率はわずか0.5%にとどまることから、このような源は非常にレアである。
• 非拡張またはわずかに拡張したラジオ源（点状サブセット）は主に星形成主導であり、拡張型源の宿主に比べて星族質量が低く、星形成率が高い。
• 点状および点状に近い源のラジオ検出率は4.5%であり、そのラジオ輝度は一般的な点状源よりも高いが、依然として拡張型源に比べて著しく低い。