[論文レビュー] Using Tailed Radio Galaxies to Probe the Environment and Magnetic Field of Galaxy Clusters in the SKA Era

M. Johnston‐Hollitt, Siamak Dehghan+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2015

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、SKA時代における尾をもつ電波銀河（BT）が、銀河団およびその環境を強力に tracer するものであり、z ≈ 2 までで100万個以上の銀河団を検出可能であり、偏光放射を用いて銀河団の磁場を調べられると提案している。SKA1では、約5万～10万個のBTが十分に偏光しており、磁場トモグラフィーが可能になると予想され、宇宙時間にわたる銀河団磁場の進化の研究を革命的に進展させる。

ABSTRACT

The morphology of tailed radio galaxies is an invaluable source of environmental information, in which a history of the past interactions in the intra-cluster medium, such as complex galaxy motions and cluster merger shocks, are preserved. In recent years, the use of tailed radio galaxies as environmental probes has gained momentum as a method for galaxy cluster detection, examining the dynamics of individual clusters, measuring the density and velocity flows in the intra-cluster medium, and for probing cluster magnetic fields. To date instrumental limitations in terms of resolution and sensitivity have confined this research to the local (z < 0.7) Universe. The advent of SKA1 surveys however will allow detection of roughly 1,000,000 tailed radio galaxies and their associated galaxy clusters out to redshifts of 2 or more. This is in fact ten times more than the current number of known clusters in the Universe. Additionally between 50,000 and 100,000 tailed radio galaxies will be sufficiently polarized to allow characterization of the magnetic field of their parent cluster. Such a substantial sample of tailed galaxies will provide an invaluable tool not only for detecting clusters, but also for characterizing their intra-cluster medium, magnetic fields and dynamical state as a function of cosmic time. In this chapter we present an analysis of the usability of tailed radio galaxies as tracers of dense environments extrapolated from existing deep radio surveys.

研究の動機と目的

• SKA時代における尾をもつ電波銀河（BT）を用いた銀河団環境および磁場のプローブ可能性を評価すること。
• SKA1の調査において検出可能なBTの数、特に磁場特徴付けに十分な偏光を持つものについての推定を行うこと。
• 感度および解像度といったSKAの設計パrameterがBTの検出および科学的有用性に与える影響を評価すること。
• BTが銀河団磁場の時空間的トモグラフィーを可能にし、銀河間RM調査と補完的であることを示すこと。
• 高赤方偏移領域における銀河団の高密度環境および力学的状態をトレースするためのBTの有用性を確立すること。

提案手法

• ATLAS-CDFSのような深紫外電波調査から外挿し、SKA1およびその前身機器の感度および解像度指標を用いてBTの検出率をモデル化する。
• 検出限界をATLASの15 μJy/beamおよびSKA1の2 μJy/beamとし、15～20％の源が2角秒解像度で延長構造を検出可能であると仮定する。
• 偏光に基づく磁場プロービングは、尾を持つ源における解像された偏光放射から得られるファラデー回転測定値に依存する。
• 現在の調査から外挿し、検出されたBTの5～10％が銀河団磁場研究に十分な偏光を持つと仮定して、偏光BTの数を推定する。
• 「ウェディング・ケイク」調査戦略をモデル化し、1～2 GHz、2角秒解像度、2 μJy感度で全天空調査を実施し、BTの広域検出を可能にする。
• 感度と解像度のトレードオフを評価するため、SKA1の構成を縮小したシナリオ（例：アンテナの50％）をシミュレートし、BT検出および偏光源の発生に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SKA1の調査で何個の尾をもつ電波銀河（BT）が検出可能であり、どの赤方偏移まで到達可能か？
• RQ2 検出されたBTのうち、どれくらいの割合が銀河団磁場の詳細なマッピングに十分な偏光を持つのか？
• RQ3 SKA設計の変化（例：感度または解像度の低下）がBTの検出およびその科学的有用性に与える影響はいかほどか？
• RQ4 銀河間RM調査と組み合わせた場合、BTが宇宙時間にわたる銀河団磁場のトモグラフィックな視覚化を可能にするか？
• RQ5 BTが高赤方偏移宇宙における銀河団の高密度環境および力学的状態のトレーサーとしてどれほど有効に機能するか？

主な発見

• SKA1の調査では、約100万個の尾をもつ電波銀河（BT）が検出されると予想され、現在知られている銀河団の数のおよそ10倍にのぼる。
• そのうち、5万～10万個のBTが十分に偏光しており、それらの親銀河団の磁場の詳細な特徴付けが可能になると予想される。
• BTの検出は調査の感度および解像度に強く依存する：ATLAS-CDFSで感度を2倍にしたところ、BT検出数は5倍に増加した。これは、SKA1の2 μJy/beamの深さが極めて重要であることを示している。
• 計画されたSKA1アンテナの50％のみで運用した場合でも、約20万個のBTが検出可能であるが、解像度を維持した場合、偏光研究は1万～2万個の源に限定される。
• 銀河間RM調査と組み合わせることで、BTは宇宙時間にわたる銀河団磁場の最初のトモグラフィックマッピングを可能にする。
• X線およびSZ調査とは補完的であるが、z ≈ 2までの赤方偏移範囲で銀河団の力学的挙動、磁場、環境進化を研究する強力な手法を提供する。