[論文レビュー] The Extended GMRT Radio Halo Survey I: New upper limits on radio halos and mini-halos

Ruta Kale, T. Venturi+6 more|Jun 13, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 90被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、610、325、235 MHzでGiant Metrewave Radio Telescopeを用いた17個の銀河連星の体系的電波サーベイである拡張GMRT電波ハロサーベイ（EGRHS）を提示する。RXJ1532.9+3021に新規に検出されたミニハロ、11個の連星におけるスケールの大きな拡散電波放射の非検出、および放射ハロおよびミニハロの強力な上限値を報告する。67個の連星全体で23±7%の放射ハロ率を示し、X線放射が強い連星では31±11%に上昇する。

ABSTRACT

A fraction of galaxy clusters host diffuse radio sources called radio halos, radio relics and mini-halos. We present the sample and first results from the Extended GMRT Radio Halo Survey (EGRHS)- an extension of the GMRT Radio Halo Survey (GRHS, Venturi et al. 2007, 2008). It is a systematic radio survey of galaxy clusters selected from the REFLEX and eBCS X-ray catalogs . Analysis of GMRT data at 610/ 235/ 325 MHz on 12 galaxy clusters are presented. We report the detection of a newly discovered mini-halo in the cluster RXJ1532.9+3021 at 610 MHz. A small scale relic (~200 kpc) is suspected in the cluster Z348. We do not detect cluster-scale diffuse emission in 11 clusters. Robust upper limits on the detection of radio halo of size of 1 Mpc are determined. We also present upper limits on the detections of mini-halos in a sub-sample of cool-core clusters. The upper limits for radio halos and mini-halos are plotted in the radio power- X-ray luminosity plane and the correlations are discussed. Diffuse extended emission, not related to the target clusters, but detected as by-products in the sensitive images of two of the cluster fields (A689 and RXJ0439.0+0715) are reported. Based on the information about the presence of radio halos (or upper limits), available on 48 clusters out of the total sample of 67 clusters (EGRHS+GRHS), we find that ~23% of the clusters host radio halos. The radio halo fraction rises to ~31%, when only the clusters with X-ray luminosities >8x10^44 erg/s are considered. Mini-halos are found in ~50 % of cool-core clusters. A qualitative examination of the X-ray images of the clusters with no diffuse radio emission indicates that a majority of these clusters do not show extreme dynamical disturbances and supports the idea that mergers play an important role in the generation of radio halos/relics.

研究の動機と目的

• Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) を用いて、610、325、235 MHzで67個の巨大銀河連星を体系的に電波放射のためのサーベイを行う。
• X線放射および連星の力学的状態と関連した放射ハロおよびミニハロの統計的性質を特定する。
• モデル注入技術を用いて、放射が検出されない連星における放射ハロおよびミニハロの存在に対する堅固な上限値を確立する。
• 放射ハロおよびミニハロの電波出力とX線放射の相関関係を調査する。
• 感度の高い画像で副次的に検出された拡張的で連星とは関係のない電波放射を特定・特徴付ける。

提案手法

• REFLEXおよびeBCS X線カタログに属する17個の銀河連星に対して、GMRTを用いて610 MHz、325 MHz、235 MHzで深さのある多周波数電波観測を実施した。
• 610 MHzではrmsノイズレベルが45–80 μJy beam⁻¹、325 MHzでは0.25–0.40 mJy beam⁻¹、235 MHzでは0.55–1.8 mJy beam⁻¹を達成した。
• 放射が検出されない連星における放射ハロおよびミニハロのフラックス密度の堅固な上限値を、モデル注入技術を用いて導出した。
• X線画像および動的指標（例：中心エントロピー、冷却時間、放射率比）を分析して、連星を安定状態または不安定状態に分類した。
• 電波出力–X線放射の関係図に上限値をプロットし、相関関係の評価および既存のスケーリング則との比較を実施した。
• 2つの連星領域（A689およびRXJ0439.0+0715）で、拡張的で連星とは関係のない電波放射（例：ディスク銀河や電波リブ）を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統計的に完全な巨大銀河連星のサンプルにおいて、放射ハロおよびミニハロの出現頻度はどの程度か？
• RQ2 X線放射および連星の力学的状態と関連した、放射ハロおよびミニハロのフラックス密度の上限値の相関関係は？
• RQ3 X線放射が高い連星と低い連星において、放射ハロの割合はどのように異なるか？
• RQ4 クールコア連星におけるミニハロについて、電波出力とX線放射の間に検出可能な相関関係があるか？
• RQ5 感度の高いGMRT画像で検出された非連星関係の拡散電波放射の意味は何か？

主な発見

• RXJ1532.9+3021で610 MHzで新規にミニハロが検出され、これは安定状態でクールコアを持つ系であることを確認した。
• 11個の連星ではスケールの大きな拡散電波放射が検出されなかった。1 Mpcサイズの放射ハロの上限値が10個の連星に対して確立された。
• EGRHS+GRHSサンプルの67個の連星全体で放射ハロ率は23±7%であり、X線放射が8×10⁴⁴ erg s⁻¹を超える連星では31±11%に上昇する。
• 5つのクールコア連星に対してミニハロ検出の上限値が得られ、クールコアサブサンプルではミニハロ率が約50%であった。
• 放射ハロの上限値は、P₁.₄GHz–Lₓ相関に基づく予想電波出力のおよそ3–20倍も低いことが示され、検出率が低いことが裏付けられた。
• 2つの領域で拡張的で連星とは関係のない電波放射が検出された：NGC 1633というディスク銀河およびRXJ0439.0+0715での可能性のある電波リブ、A689での複雑な電波源のブレンド。