[논문 리뷰] A new sample of giant radio galaxies from the WENSS survey II - A multi-frequency radio study of a complete sample: Properties of the radio lobes and their environment

A. P. Schoenmakers, K.‐H. Mack외 4명|ArXiv.org|2000. 08. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 52

한 줄 요약

이 연구는 WENSS 조사에서 유도된 26개의 저적도 거대 라디오은하(GRGs)의 완전한 샘플을 제시하며, 다주파수 라디오 데이터—특히 에펠스베르크 망원경에서의 새로운 10.5-GHz 관측 자료를 포함하여, 로브 성질과 환경을 분석한다. 주요 발견으로는 큰 스펙트럼 연령(~10⁷년), 로브 과압력화, 그리고 GRG의 비대칭성과 높은 진전 속도(빛의 속도의 몇 퍼센트)는 배경 방향 효과가 아니라 내재된 소스 진화를 반영한다는 것이다.

ABSTRACT

We have formed a complete sample of 26 low redshift (z < 0.3) giant radio galaxies (GRGs) from the WENSS survey, selected at flux densities above 1 Jy at 325 MHz. We present 10.5-GHz observations with the 100-m Effelsberg telescope of 18 sources in this sample. These observations, together with similar data of the remaining eight sources, are combined with data from the WENSS, NVSS and GB6 surveys to study the radio properties of the lobes of these sources at arcminute resolution. We investigate radio source asymmetries, equipartition energy densities in the lobes, the presence of lobe pressure evolution with redshift, the spectral age and the density of the environments of these sources. We find that the armlength asymmetries of GRGs are slightly larger than those of smaller sized 3CR radio galaxies and that these are difficult to explain as arising from orientation effects only. We also find indications that the lobes of the GRGs, despite their large sizes, are still overpressured with respect to their environment. Further, we argue that any evolution of lobe pressure with redshift in these large sources is due to selection effects. A spectral ageing analysis suggests that the GRGs in our sample are the oldest members of the group of relatively high power radio sources whose radio powers have evolved to their currently observed lower values.

연구 동기 및 목표

• 이전 연구에서의 선택 편향을 극복하기 위해, 적도 z ≤ 0.3 이며 325-MHz 복사세기 >1 Jy인 거대 라디오은하(GRGs)의 완전하고 균일하게 선별된 샘플을 구성하기 위해.
• 에펠스베르크 망원경에서의 고해상도 10.5-GHz 관측 자료를 포함한 다주파수 데이터를 사용하여 GRG의 라디오 로브 성질을 조사하기 위해.
• 스펙트럼 연령, 로브 진전 속도, 등분배 에너지 밀도, 로브 압력을 산정하여 GRG의 진화 상태와 환경 상호작용을 이해하기 위해.
• 관측된 비대칭성과 로브 압력 변화가 배경 방향 효과인지 아니면 내재된 소스 진화 때문인지 테스트하기 위해.
• 확장된 라디오 구조를 통해 Mpc 척도에서 간성간 매질을 탐사하는 데서 GRG의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 325 MHz에서 WENSS 조사에서 유래한 26개의 GRG 샘플을 구성하였으며, 복사세기 >1 Jy 이며 z ≤ 0.3인 소스를 선별하였다.
• 18개 소스에 대해 100m 에펠스베르크 망원경을 사용하여 새로운 10.5-GHz 연속 스펙트럼 관측 자료를 확보하였으며, WENSS, NVSS, GB6 조사의 기존 자료와 병합하였다.
• 10.5 GHz에서의 라디오 형태 및 편광을 분석하여 해상도 약 1–2 arcsec인 총 강도 및 편광 강도 지도를 유도하였다.
• 스펙트럼 지수는 다주파수 복사세기 측정치를 바탕으로 관계식 $ S_\nu \propto \nu^{\alpha} $를 사용하여 계산하였으며, 스펙트럼 연령 모델을 적용하여 로브 연령을 추정하였다.
• 일정한 팽창 속도를 가정하여 소스 크기와 스펙트럼 연령 추정치로부터 로브 진전 속도를 계산하였다.
• 표준 라디오 소스 에너지 및 압력 공식을 사용하여 등분배 에너지 밀도와 로브 압력을 추정하였으며, 입자 에너지와 자기장 에너지 간의 등분배를 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 라디오은하의 로브 비대칭성은 주로 배경 방향 효과 때문인가, 아니면 내재된 소스 성질 때문인가?
• RQ2 이 완전한 샘플 내의 거대 라디오은하의 스펙트럼 연령은 얼마이며, 더 작은 라디오 소스와 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ3 GRG의 로브 압력은 적도에 따라 변화하는가? 만약 그렇다면, 이는 우주론적 진화 때문인가, 아니면 선택 편향 때문인가?
• RQ4 GRG의 라디오 로브는 그 주변 간성간 매질에 비해 과압력화되어 있는가?
• RQ5 GRG의 로브 진전 속도는 저출력 라디오 소스들과 비교해보면 어떻게 되며, 이는 그들의 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 이 샘플 내 GRG의 스펙트럼 연령은 일반적으로 약 10⁷년의 수준이며, 이는 알려진 바 있는 가장 오래된 라디오 소스 중 하나임을 시사한다.
• 로브 진전 속도는 빛의 속도의 몇 퍼센트 수준으로, 저출력 라디오 소스보다는 훨씬 높지만 고출력 소스와 유사한 수준이다.
• GRG의 팔 길이 비대칭성은 더 작은 3CR 라디오 은하보다 略으로 더 크며, 이는 비대칭성이 배경 방향 효과만으로 설명될 수 없다는 것을 시사한다.
• GRG의 로브는 여전히 환경에 비해 과압력화되어 있으며, 이는 내부 압력 지지가 계속되거나 최근 에너지 주입이 이루어졌음을 나타낸다.
• 적도에 따른 로브 압력 변화가 관측되는 것은 우주론적 진화 때문이 아니라 선택 편향 때문임이 밝혀졌으며, 샘플이 완전하고 균일하게 선별되었기 때문이다.
• 이 샘플 내 GRG의 높은 출력과 큰 크기로 인해, 이들은 고출력 라디오 소스 집단에서 가장 오래된 구성원이며, 시간이 지남에 따라 현재의 더 낮은 출력 수준으로 진화해온 것으로 보인다.