[論文レビュー] XMM- Newton Observation of the Coma Galaxy Cluster: The temperature structure in the central region

M. Arnaud, N. Aghanim+9 more|ArXiv.org|Nov 3, 2000

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 19被引用数 70

ひとこと要約

XMM-Newton EPIC/MOSの5つの重複する点源観測データを用いて、この研究では、コマ銀河団の中心20′（0.78 Mpc）における温度構造をマッピングした。10′圏内で非常に均質な温度分布が確認され、緩和されたコアを示している一方、NGC4839団に伴う流入物質による断熱的圧縮によって生じた西南部に高温フロントが特定された。これは、大規模なフィラメントに沿った異方的降着を支持する。

ABSTRACT

We present a temperature map and a temperature profile of the central part (r < 20' or 1/4 virial radius) of the Coma cluster. We combined 5 overlapping pointings made with XMM/EPIC/MOS and extracted spectra in boxes of 3.5' X 3.5'. The temperature distribution around the two central galaxies is remarkably homogeneous (r<10'), contrary to previous ASCA results, suggesting that the core is actually in a relaxed state. At larger distance from the cluster center we do see evidence for recent matter accretion. We confirm the cool area in the direction of NGC 4921, probably due to gas stripped from an infalling group. We find indications of a hot front in the South West, in the direction of NGC4839, probably due to an adiabatic compression.

研究の動機と目的

• 高分解能X線データを用いて、コマ銀河団中心部の温度構造を調査すること。
• コアの力学的状態を評価し、緩和状態にあるか、それとも最近の衝突活動を経験しているかを特定すること。
• 温度の変動や冷前線・高温フロントのような温度特徴を特定・特徴づけ、継続的降着や構造的不均一性を示唆するものとする。
• ASCAで以前に報告された複雑な温度変動の原因を解明すること。これは機器の制限に起因する可能性がある。
• 温度および元素豊度プロファイルが、コアにおけるダークマターの分布と銀河団形成歴史に与える影響を検討すること。

提案手法

• 感度と空間的カバー範囲を最大化するために、5つの重複するXMM-Newton点源観測を実施。EPIC/MOS機器をフルフレームモードで使用した。
• 中心20′領域の3.5′×3.5′の空間的ボックスからスペクトルを抽出し、高分解能の温度マッピングを可能にした。
• スペクトルフィッティングを用いて温度マップと半径方向プロファイルを導出し、EPIC機器の高スペクトル分解能および高空間分解能を活かして系統誤差を最小限に抑えた。
• X線表面輝度からβモデルを差し引くことで、構造的不均一性を分離し、温度および形状のずれを評価した。
• XMM-Newton科学解析ソフトウェア（SAS）を用いてデータ解析を行い、ゲインおよび電荷転送効果の補正を施した。
• 結果を以前のASCA観測および流体力学的シミュレーションと比較し、温度フロントおよび構造的不均一性の解釈を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コマ銀河団中心部は、均質な温度分布によって示されるように緩和状態にあるか？
• RQ2 ASCAデータで以前に観測された複雑な温度変動は、系統誤差由来か、それとも真の力学的特徴由来か？
• RQ3 西南部に存在する高温フロントは、NGC4839団からの物質の継続的降着を示唆しているか？
• RQ4 南東部に見られる冷たい繊維状構造は、NGC4911／NGC4921に関連する衝突する団によって説明できるか？それともNGC4874からのガス剥ぎ取りとは無関係か？
• RQ5 観測された温度および元素豊度プロファイルは、銀河団コアにおけるダークマターの分布にどのような制限を課えるか？

主な発見

• 銀河団中心から10′圏内の温度分布は非常に均質であり、これはコアが緩和状態にあることを示しており、以前のASCAの解釈とは対照的である。
• 西南部に高温フロントが特定され、NGC4839団の境界に位置している。これは、流入する物質による断熱的圧縮に起因すると考えられる。
• 高温フロントは、まだ降着衝撃波が形成されていない初期衝突段階のシミュレーションと整合的であり、継続的異方的降着のシナリオを支持する。
• 南東部に見られる冷たい繊維状構造は、NGC4911およびNGC4921に関連する衝突する団によって最もよく説明され、以前に示唆されたNGC4874からのガス剥ぎ取りとは無関係である。
• 温度の半径方向プロファイルは10′を超えてわずかに減少するが、これは冷たいS/W構造に起因すると考えられ、元素豊度は領域全体で一定である。
• NGC4889とNGC4874の間の第三のX線ピークが存在せず、温度が均一であることから、NGC4874は合体中の小銀河団ではなく、中心支配的銀河であると支持される。