[論文レビュー] The Extended GMRT Radio Halo Survey II: Further results and analysis of the full sample

Ruta Kale, T. Venturi+7 more|Archivio istituzionale della ricerca (Alma Mater Studiorum Università di Bologna)|Mar 9, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 68被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移 0.2–0.4 の 64 個の X線選択銀河団を 610/235 MHz の GMRT 観測で分析した拡張 GMRT ラジオハロースケジュールの最終結果を提示する。RX J2129.6+0005 に新たなミニハローの発見を報告するとともに、3 個の団で候補拡散電波源を特定した。また、これまでで最も正確な出現率を確立した：ラジオハローが約 22%、ミニハローが約 13%、レリーフが約 5% であり、X線の形状的推定値による団の力学的状態との明確な形態的相関が示された。

ABSTRACT

The intra-cluster medium contains cosmic rays and magnetic fields that are manifested through the large scale synchrotron sources, termed as radio halos, relics and mini-halos. The Extended Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) Radio Halo Survey (EGRHS) is an extension of the GMRT Radio Halo Survey (GRHS) designed to search for radio halos using GMRT 610/235 MHz observations. The GRHS+EGRHS consists of 64 clusters in the redshift range 0.2 -- 0.4 that have an X-ray luminosity larger than 5x10^44 erg/s in the 0.1 -- 2.4 keV band and with declinations > -31 deg in the REFLEX and eBCS X-ray cluster catalogues. In this second paper in the series, GMRT 610/235 MHz data on the last batch of 11 galaxy clusters and the statistical analysis of the full sample are presented. A new mini-halo in RXJ2129.6+0005 and candidate diffuse sources in Z5247, A2552 and Z1953 are discovered. A unique feature of this survey are the upper limits on the detections of 1 Mpc sized radio halos; 4 new are presented here making a total of 31 in the survey. Of the sample, 58 clusters that have adequately sensitive radio information were used to obtain the most accurate occurrence fractions so far. The occurrence of radio halos in our X-ray selected sample is ~22%, that of mini-halos is 13% and that of relics is ~5%. The radio power - X-ray luminosity diagrams for the radio halos and mini-halos with the detections and upper limits are presented. The morphological estimators namely, centroid shift (w), concentration parameter (c) and power ratios (P_3/P_0) derived from the Chandra X-ray images are used as proxies for the dynamical states of the GRHS+EGRHS clusters. The clusters with radio halos and mini-halos occupy distinct quadrants in the c-w, c-P_3/P_0 and w - P_3/P_0 planes, corresponding to the more and less morphological disturbance, respectively. The non-detections span both the quadrants.

研究の動機と目的

• 最終的な 11 個の銀河団を 610/235 MHz で観測することで、GMRT ラジオハロースケジュールを拡張し、全 64 個の団のサンプルを完成させること。
• 明確に定義された X線放射能選択サンプルにおけるラジオハロー、ミニハロー、レリーフの出現率を特定すること。
• X線の形状的推定値を用いて、拡散電波放射と団の力学的状態との関連を調査すること。
• 統計的分析の信頼性を高めるために、1 Mpc サイズのラジオハローの上限値を提示し、出現率推定値の堅牢性を向上させること。
• ラジオハローおよびミニハローの両方の検出結果と上限値を統合した P1.4GHz–LX 図を提示すること。

提案手法

• Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) を用いて、追加の 11 個の銀河団を 610/235 MHz で観測し、全 64 個の団のサンプルを完成させた。
• REFLEX および eBCS カタログから、0.1–2.4 keV バンドにおける X線放射能 (LX) > 5×10⁴⁴ erg s⁻¹ かつ δ > -31° を満たす団を選択した。
• Chandra X線画像を用いて、重心シフト (w)、集中度パラメータ (c)、パワー比 (P₃/P₀) という形態的推定値を適用し、団の力学的状態を定量化した。
• 必要に応じて、スペクトル指数 1.3 を用いて、1.4 GHz ラジオ電波出力をフラックス密度からスケーリングした。
• 非検出事例における 1 Mpc サイズのラジオハローの上限値を計算し、全サンプルで今や 31 個の上限値が得られた。
• 検出結果と上限値の両方を用いて、P₁.₄GHz–LX 図を構築し、相関関係および統計的有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全 64 個の銀河団を X線選択したサンプルにおいて、ラジオハロー、ミニハロー、レリーフの出現率は何か？
• RQ2 w、c、P₃/P₀ で示される形態的性質は、拡散電波放射の有無とどのように相関するか？
• RQ3 非検出事例の上限値を含めたことにより、観測された出現率の統計的有意性はどの程度か？
• RQ4 検出結果と上限値を統合した場合、ラジオハローおよびミニハローの P₁.₄GHz–LX 関係はどのように振る舞うか？
• RQ5 最終データバッチにおいて、ミニハローまたはレリーフのような新しい拡散電波源は発見されたか？

主な発見

• 冷却コア系である RX J2129.6+0005 に、新たなミニハローが発見され、拡散電波放射の存在が確認された。
• Z5247、A2552、Z1953 の 3 個の団で候補拡散電波源が特定され、今後の確認を要する新たなラジオレリーフまたはハローの可能性が示唆された。
• X線選択サンプルにおけるラジオハローの出現率は約 22%、ミニハローは約 13%、レリーフは約 5% であり、これまでで最も正確な推定値である。
• ラジオハローおよびミニハローを有する団は、c–w、c–P₃/P₀、w–P₃/P₀ 平面において明確に異なる領域に位置し、それぞれの力学的状態が異なることを示している：ハローはより乱れた系に、ミニハローはより乱れが少なく、冷却コアを持つ系に存在する。
• 1 Mpc サイズのラジオハローの 31 個の上限値の組み込みにより、出現率分析の統計的信頼性が著しく向上した。
• 検出結果と上限値の両方を統合した P₁.₄GHz–LX 図は、ラジオハローおよびミニハローにおいて明確な傾向を示しており、団の X線放射能と拡散電波放射との関連を支持している。