[論文レビュー] The large-scale structure of the diffuse radio halo of the Coma cluster at 1.4 GHz

B. M. Deiss, W. Reich+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 1996

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、エフェルスベルク100メートル電波望遠鏡を用いて、コンス銀河団の高分解能1.4 GHz電波観測を実施し、点源を差し引いた後、3 Mpcにわたる拡散的電波ハローを明らかにした。その統合フレームス密度は640 ± 35 mJyであった。0.3–1.4 GHz帯域におけるコア部のスペクトル指数が0.4–0.75であることは、相対論的電子からのシンクロトロン放射に起因するものであり、団内物質における効率的な粒子加速が行われていることを示している。

ABSTRACT

We present new measurements of the diffuse radio emission from the Coma cluster of galaxies at 1.4 GHz using the Effelsberg 100-m-telescope. The halo source Coma C has an extent down to noise of about 80 arcmin corresponding to 3 Mpc (H_0 = 50 km/s/Mpc) in Coma. The radio map reveals clear similarities with images of the extended X-ray halo of the Coma cluster. After subtracting the contributions from point sources we obtained an integrated diffuse flux density of S = 640 +- 35 mJy from Coma C. We derive relations between the various observationally determined spectral indices and the spectral index of the synchrotron emissivity, which allow one to achieve a rough estimate concerning the consistency of the presently available data at different frequencies and to place constraints on the emissivity index distribution. In the halo's core region, the inferred emissivity index between 0.3 GHz and 1.4 GHz appears to be in the range 0.4 - 0.75 implying that there must be some very effective mechanism for particle acceleration operating in the intracluster medium.

研究の動機と目的

• 1.4 GHz帯でコンス銀河団の拡散的電波ハローの大規模構造を高感度でマッピングすること。
• 電波の形状と団内物質からの拡張的X線放射との比較を行うこと。
• 電波ハローのスペクトル指数を推定し、電子エネルギー分布の性質を推察すること。
• 多周波数データの整合性を評価し、シンクロトロン放射出力係数分布を制約すること。
• 団内物質における粒子加速の物理的メカニズムを調査すること。

提案手法

• 1.4 GHz帯で100メートルのエフェルスベルク電波望遠鏡を用いて観測を行い、ビームサイズは約1.4 arcminであった。
• 広域かつ深さのある電波マップを作成し、ノイズレベル約80 μJy/beamまで拡散放射を検出可能とした。
• 点源を特定し、マップから差し引くことで、拡散的ハロー放射を分離した。
• 0.3 GHzから1.4 GHzまでの周波数帯域におけるフレームス密度測定値を用いて、多周波数データからスペクトル指数を導出した。
• 観測されたスペクトル指数とシンクロトロン放射出力係数との関係をモデル化し、周波数間での整合性を評価した。
• ハローのコア領域における観測されたスペクトル的挙動を用いて、放射出力係数分布を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンス銀河団における拡散的電波ハローの1.4 GHz帯での大規模な空間的広がりと形状は何か？
• RQ2 電波ハローの構造は、団内物質からの拡張的X線放射とどのように比較できるか？
• RQ3 0.3 GHzから1.4 GHzまでの間で電波ハローのスペクトル指数は何か？これは電子エネルギー分布にどのような含意を持つのか？
• RQ4 利用可能な多周波数電波データは、単一のシンクロトロン放射モデルと整合性があるか？
• RQ5 観測されたスペクトル的性質と団内物質における粒子加速を説明するには、どのようなメカニズムが必要か？

主な発見

• 拡散的電波ハロー（コンスCと命名）は、H₀ = 50 km/s/Mpcの下で約80 arcmin（3 Mpc）の領域にわたり広がっており、団内物質における大規模構造を示している。
• 点源を差し引いた後、1.4 GHz帯での拡散的ハローの統合フレームス密度は640 ± 35 mJyであった。
• 0.3 GHzから1.4 GHzまでのコア領域におけるスペクトル指数は、0.4–0.75の範囲に推定され、これは硬い電子エネルギースペクトルを示している。
• 観測されたスペクトル的挙動は、団内物質に極めて効率的な粒子加速機構が存在することを示唆している。
• 周波数間でのデータの一貫性は、放射出力係数分布が良好に制約されたシンクロトロン放射モデルを支持している。
• 電波ハローと拡張的X線ハローの形態的類似性は、クラスターの高温で磁化されたプラズマに起因する共通の起源を示唆している。