[논문 리뷰] ATCA observations of the galaxy cluster Abell 3921 - I. Radio emission from the central merging sub-clusters

C. Ferrari, R. W. Hunstead외 3명|ArXiv.org|2006. 07. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 52인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 적색이동 z=0.094인 병합 중인 은하단 Abell 3921에 대한 ATCA 13 및 22 cm 전파 관측을 수행하여 17개의 전파 소스를 검출하였으며, 그 중 두 번째로 밝은 은하(BG2)와 관련된 좁은 각도 尾(NA) 전파 은하도 포함되어 있다. 별성 형성과 후기별성 폭발 은하에서는 전파 방출이 관측되지 않아 그들의 낮은 별성 형성률과 후기 활동 상태를 확인하였고, NA 전파 은하의 존재는 은하단 병합 중 지속적인 램 압력 스트리핑이 일어나고 있음을 시사하며, 전파 형태와 은하단 중심의 역학적 과정을 연결한다.

ABSTRACT

We present the analysis of our 13 and 22 cm ATCA observations of the central region of the merging galaxy cluster A3921 (z=0.094). We investigated the effects of the major merger between two sub-clusters on the star formation (SF) and radio emission properties of the confirmed cluster members. The origin of SF and the nature of radio emission in cluster galaxies was investigated by comparing their radio, optical and X-ray properties. We also compared the radio source counts and the percentage of detected radio galaxies with literature data. We detected 17 radio sources above the flux density limit of 0.25 mJy/beam in the central field of A3921, among which 7 are cluster members. 9 galaxies with star-forming optical spectra were observed in the collision region of the merging sub-clusters. They were not detected at radio wavelengths, giving upper limits for their star formation rate significantly lower than those typically found in late-type, field galaxies. Most of these star-forming objects are therefore really located in the high density part of the cluster, and they are not infalling field objects seen in projection at the cluster centre. Their SF episode is probably related to the cluster collision that we observe in its very central phase. None of the galaxies with post-starburst optical spectra was detected down our 2$σ$ flux density limit, confirming that they are post-starburst and not dusty star-forming objects. We finally detected a narrow-angle tail (NAT) source associated with the second brightest cluster galaxy (BG2), whose diffuse component is a partly detached pair of tails from an earlier period of activity of the BG2 galaxy.

연구 동기 및 목표

• Abell 3921의 두 하위단지 간의 지속 중인 병합이 은하단 은하의 별성 형성과 전파 방출에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 은하단 중심의 별성 형성과 후기별성 폭발 은하가 실제로 은하단의 구성원인지 아니면 투영된 필드 객체인지 확인하기 위해.
• 특히 병합 동안의 은하단 역학적 환경을 고려하여, 특이한 소스 SUMSS J224857-642059의 성격과 기원을 분석하기 위해.
• 기존 문헌과의 비교를 통해 저적색이동 은하단에서 전파 뚜렷한 AGN에 대한 환경적 영향를 평가하기 위해.

제안 방법

• Abell 3921 중심을 기준으로 18×15 arcmin² 영역에서 ATCA를 이용해 13 및 22 cm 관측을 수행하였다.
• 0.25 mJy/beam 이상의 전파 소스를 식별하고, 광학 및 X선 데이터와의 교차 식별을 수행하였다.
• 은하의 스펙트럼 에너지 분포와 광학 분류(별성 형성, 후기별성 폭발/k+a)를 분석하여 별성 형성 상태를 평가하였다.
• 스펙트럼 기울기와 편광 특성을 측정하여, 특히 NAT 소스 R5의 물리적 기원을 추론하였다.
• XMM-Newton에서 확보한 X선 데이터를 이용해 은하단 내 매질(ICM)의 밀도와 압력을 맵핑하고, 전파 형태와 연관지었다.
• 다른 저적색이동 은하단과의 비교를 통해 전파 빛의 함수(RLF)와 소스 수를 분석하여 환경적 영향를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Abell 3921의 지속 중인 병합은 은하단 은하의 별성 형성을 증가시키는가 아니면 억제하는가?
• RQ2 은하단 중심의 관측된 별성 형성 은하들은 진정으로 은하단 구성원인지 아니면 유입 중인 필드 나설파일인지?
• RQ3 BG2와 관련된 좁은 각도 尾(NAT) 전파 소스의 기원은 무엇이며, 은하단 병합과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 Abell 3921의 초기형 은하의 전파 성질은 다른 저적색이동 은하단과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ5 후기별성 폭발(k+a) 은하의 전파 방출은 지속 중인 별성 형성과 일치하는가, 아니면 후기별성 폭발 단계와 일치하는가?

주요 결과

• 중앙 충돌 영역 내 9개의 별성 형성 은하가 전파 파장에서 검출되지 않아, 그들의 별성 형성률 상한이 일반적인 필드 나선파일보다 현저히 낮음을 확인하였으며, 이는 실제로 억제된 별성 형성을 겪고 있는 진정한 은하단 구성원임을 확인한다.
• 은하단 내 모든 후기별성 폭발(k+a) 은하가 2σ의 전파 밀도 한계 이하에서 검출되지 않아, 먼지가 많은 별성 폭발이 아니며 후기별성 형성 단계에 있음을 확인한다.
• 전파 소스 SUMSS J224857-642059(R5)는 BG2와 관련된 좁은 각도 尾(NAT) 소스로 확인되었으며, 1.344 GHz에서 총 전파 전력 log(P/W/Hz) = 24.0을 기록한다.
• R5의 확장된 전파 방출은 기하학적으로 퍼져 있는 기울기 급격한 꼬리(α ≈ -2.6에서 -3.5)에 의해 지배되며, 꼬리 성분과 핵의 전력 비율이 약 18:1로 나타나, 과거 활동 단계에서 비롯된 '소멸 중인' 꼬리임을 시사한다.
• NW 꼬리 성분은 강한 편광과 더불어 더 평탄한 스펙트럼 기울기를 보이며, 램 압력 스트리핑 중 밀도가 높은 ICM 영역과의 상호작용로 인한 자기장 압축을 나타낸다.
• A3921의 초기형 은하의 전파 빛 함수는 일반적인 은하단 RLF와 일치하여, 초기 병합 단계에서 전파 뚜렷한 AGN 활동이 유의미하게 증가하지 않았음을 시사한다.