[論文レビュー] The eROSITA view of the Abell 3391/95 field: a case study from the Magneticum cosmological simulation

Veronica Biffi, Klaus Dolag+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、Magneticum Pathfinder 宇宙論的シミュレーションを用いて、A3391/95銀河団対とその間をつなぐガスフィラメントをモデル化した。その結果、拡散的ブリッジガスは主に温暖・高温銀河間媒体（WHIM）であり、T ~1 keV、過密度δ ~100であることが判明した。これは、潮汐的に引き剥がされた団内ガスではなく、大規模構造のフィラメントから起源を発するものである。シミュレーションは、この系が顕著な相互作用を示さない前合体段階にあることを確認しており、eROSITAによるフィラメントの直接的X線検出は、宇宙網構造内に存在する、未汚染に近いWHIMであることを支持している。

ABSTRACT

We investigated the origin and gas properties of a simulated galaxy cluster pair, to connect simulation predictions to the SRG/eROSITA X-ray observations of the Abell 3391/95 field. The simulated system has been extracted from the (352 cMpc/h)^3 volume of the Magneticum Pathfinder cosmological simulations at z=0.07. We tracked back in time the main progenitors of the pair clusters and surrounding groups to study the assembly history of the system and its evolution. Similarly to the observed A3391/95 system, the simulated pair is embedded in a complex network of gas filaments, with structures aligned over more than 20 projected Mpc and the whole region collapsing towards the central overdense node. The spheres of influence (3*R200) of the two main clusters already overlap at z=0.07, but their virial boundaries are still physically separated. The diffuse gas located in the interconnecting bridge closely reflects the WHIM, with typical temperature of ~1 keV and overdensity $\sim 100$, with respect to the mean baryon density of the Universe, and lower enrichment level compared to the ICM in clusters. We find that most of the bridge gas collapsed from directions roughly orthogonal to the intra-cluster gas accretion directions, and its origin is mostly unrelated to the two cluster progenitors. We find clear signatures in the surrounding groups of infall motion towards the pair, such as significant radial velocities and slowdown of gas compared to dark matter. These findings further support the picture of the Northern Clump (MCXC J0621.7-5242) cluster infalling along a cosmic gas filament towards Abell 3391, possibly merging with it. We conclude that, in such a configuration, the pair clusters of the A3391/95-like system are in a pre-merger phase, and did not interact yet. The diffuse gas in the interconnecting bridge is mostly warm filament gas, rather than tidally-stripped cluster gas.

研究の動機と目的

• 宇宙論的シミュレーションを用いて、A3391/95に類似たクラスターシステムの集積歴と熱力学的性質を調査すること。
• A3391とA3395をつなぐ間隙ブリッジ内の拡散ガスの起源と化学的増幅状態を特定すること。
• eROSITAによるA3391/95領域の直接的X線観測と照らし合わせ、検出された拡散放射の性質を検証すること。
• ブリッジガスが原始的フィラメントガスか、潮汐的に引き剥がされた団内媒体（ICM）かを評価すること。

提案手法

• z = 0.07で、(352 h⁻¹ cMpc)³の体積を有するMagneticum Pathfinder 宇宙論的シミュレーションからクラスターペア系を抽出した。
• 2つのクラスタの主な前身天体と周囲のグループを時間的に遡って、システムの集積歴を再構築した。
• 接続ブリッジおよび周囲のフィラメント内の拡散ガスの空間的・運動的・熱力学的性質を分析した。
• ブリッジにおけるガス温度、過密度（δ）、および金属量（鉄の過剰度）を、ICMおよび宇宙網におけるそれらと比較した。
• ガスとダークマター間の径方向速度および重心のずれを追跡し、周囲グループにおける降着の兆候を特定した。
• 3次元の速度および密度マップを用いて、ガス運動が大規模フィラメントと一致するかを評価し、降着ダイナミクスを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A3391とA3395をつなぐ間隙ブリッジ内の拡散ガスの起源は何か？
• RQ2 ブリッジガスは主に宇宙フィラメント由来の温暖・高温銀河間媒体（WHIM）か、それとも潮汐的に引き剥がされた団内媒体か？
• RQ3 ブリッジ内の拡散ガスの熱力学的・化学的状態は何か？ また、ICMおよび宇宙網と比べてどう異なるか？
• RQ4 周囲のグループは、クラスターペアへの降着の兆候を示しているか？ これは前合体状態を支持するか？
• RQ5 A3391/95システムのシミュレートされた性質は、eROSITAによるフィラメント構造の直接的X線観測とどのように一致するか？

主な発見

• シミュレートされたA3391/95に類似たシステムは、20 Mpc以上にわたる大規模な宇宙網に埋め込まれており、中心の過密度ノードに向かって整列したフィラメント構造を有する。
• z = 0.07における2つの主要クラスタは、前合体段階にあり、それぞれの影響範囲（3 × R200）が重なっているが、準拠境界はまだ物理的に分離している。
• ブリッジガスの典型的な温度は~1 keV、宇宙平均バリオン密度に対する過密度δ ~100であり、WHIMの性質と整合的である。
• クラスタ内のICMと比較して、ブリッジガスは著しく金属量が低く、鉄の過剰度が約2倍低いことから、宇宙網由来の未汚染の起源であることが示唆される。
• 大多数のブリッジガスは、主なクラスタ降着フローと直交する方向から起源を発しており、2つのクラスタの前身天体とはほとんど関係がない。
• 周囲のグループは明確な降着の兆候を示しており、バルク速度が降着方向と強く整列しており、ガス速度がダークマターに対して遅れ、重心のずれも観測された。これは、フィラメントに沿った継続的な降着を支持する。