[論文レビュー] X-ray emission from Clusters of Galaxies

P. Tozzi|ArXiv.org|Aug 3, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、銀河団におけるX線放射する団内媒体（ICM）の複雑な物理学をレビューし、チャンドラとXMM-ニュートンの観測から得られた発見——AGNフィードバック、冷前線、非熱的放射——を強調する。複雑さが増す中でも、銀河団は依然として強力な宇宙論的プローブであり、将来的なミッション（eROSITA、EDGE）が高赤方偏移における精度の高い宇宙論とICM物理学を実現するために不可欠であると主張する。

ABSTRACT

In the last eight years, the Chandra and XMM-Newton satellites changed significantly our view of X-ray clusters of galaxies. In particular, several complex phenomena have been directly observed: interactions between cluster galaxies and the Intra Cluster Medium (ICM), cold fronts in the ICM, hot bubbles due to relativistic jets from radio loud AGN, the lack of cold gas in ``cool-cores'', and non-thermal X-ray emission. Still, this increasing complexity does not prevent us from using X-ray clusters as a tool to constrain cosmological parameters. In addition, observations of clusters up to redshift ~1.3 allowed us to trace the thermodynamical and chemical evolution of the ICM on a time interval as large as 8 Gyr. In this presentation, I will give a personal introduction to the most debated topics in this field, to end with some prospects for the next-generation X-ray satellites.

研究の動機と目的

• 団内媒体（ICM）の熱力学的性質の進化的理解と、銀河団進化におけるその役割を評価すること。
• AGNフィードバックや冷前線といった複雑な現象を踏まえた単純な団モデルの限界を扱うこと。
• 物理的複雑性が増す中でも、X線団が依然として宇宙論的プローブとして有効であることを評価すること。
• 精度の高い宇宙論に向けた質量- X線観測量関係のモデル化における主な観測的・理論的課題を特定すること。
• 次世代X線望遠鏡による高赤方偏移銀河団および拡散的ICMの研究に必要な今後の観測ニーズを提示すること。

提案手法

• 熱的ブレムストラールングと線スペクトルを用いて、チャンドラおよびXMM-ニュートンのX線スペクトルデータを分析し、ICM内での電子温度および金属元素の過剰度を導出する。
• X線表面輝度および温度プロファイルを用いて、気泡や冷前線といった非熱的特徴を検出することで、動的過程を示す。
• バーリアスの定理およびプレス＝シェクター形式を用いて、X線観測量（全放射度、温度）を全質量および宇宙論的パラメータに結びつける。
• X線放射度関数および銀河団の赤方偏移による進化を用いて、Ω₀およびσ₈といった宇宙論的パラメータを制約する。
• 将来のミッション（eROSITA、EDGE）の可能性を、シミュレートされた調査深度および空間分解能を用いて評価し、高赤方偏移銀河団の検出を想定する。
• 冷却したマイクロカラリメータを用いて高分解能分光法を実施し、ICM内の速度分散および乱流を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNジェットおよびフィードバック過程は、銀河団内のICMの熱力学的性質およびエネルギー収支にどのように影響を与えるか？
• RQ2 団ICMに観測される冷前線の原因は何か。また、それらは単純な静的平衡モデルにどのように挑戦するか？
• RQ3 クールコア銀河団に冷たいガスが存在しないのはなぜか。AGN活動およびエントロピーの注入はこの現象においてどのような役割を果たすか？
• RQ4 高赤方偏移（z ~ 1.3）におけるX線団観測は、8 GyrにわたるICMの熱的・化学的進化をどのように追跡できるか？
• RQ5 次世代X線望遠鏡が、銀河団を用いた精度の高い宇宙論を実現するために、空間分解能およびスペクトル分解能をどの程度向上させる必要があるか？

主な発見

• チャンドラおよびXMM-ニュートンは、AGNジェットによる相対論的気泡、密度不連続性を示す明確な冷前線、およびバトル・クラスターやその他の合体を示唆する事象を含む、ICMの複雑な現象を明らかにした。
• AGN駆動の気泡の存在は、ICMへの機械的エネルギー供給を示しており、これはバーリアズエナジーを上回る可能性があり、単純な熱的平衡モデルに疑問を呈する。
• アベル2142のような銀河団における冷前線では、密度ジャンプを越えて圧力が一定であることが示され、冷却ガスクラスタの亜音速運動を示し、単純なベータモデルの記述が不適切であることを示している。
• 高赤方偏移（z ~ 1.3）における銀河団の観測されたX線放射度関数は、宇宙論的パラメータを制約するものであり、σ₈ ≈ 0.7は現在、WMAPの結果と整合的である。
• ICMの化学的および熱的進化は、X線スペクトルを用いて8 Gyrにわたって追跡可能であり、銀河団形成から現在に至るまでの金属の豊度上昇およびエントロピーのスケーリングが明らかになった。
• 将来的なミッション（eROSITA、EDGE）は、z ≥ 3の銀河団およびz > 1の団群を検出できると予想され、EDGEのマイクロカラリメータはICM内での直接的な速度測定を可能にし、乱流および冷却フローの研究を可能にする。