[논문 리뷰] GMRT Radio Halo Survey in galaxy clusters at z = 0.2 -- 0.4. II.The eBCS clusters and analysis of the complete sample

T. Venturi, S. Giacintucci외 5명|ArXiv.org|2008. 03. 28.

Radio Astronomy Observations and Technology참고 문헌 53인용 수 111

한 줄 요약

이 연구는 적색편이 z = 0.2–0.4인 50개의 거대 은하 클러스터에 대한 GMRT 조사 완료를 통해 10개 클러스터에서 라디오 허브를 탐지하고, 20개 클러스터에 대해 라디오 허브의 강도에 대한 엄격한 상한선을 확립하였다. 결과는 거대 라디오 허브가 희귀하며, 클러스터의 운동 활동과 강하게 상관되어 있음을 보여주며, 2차 전자 모델보다 재가속 모델을 지지한다.

ABSTRACT

We present the results of the GMRT cluster radio halo survey. The main purposes of our observational project are to measure which fraction of massive galaxy clusters in the redshift range z=0.2--0.4 hosts a radio halo, and to constrain the expectations of the particle re--acceleration model for the origin of the non--thermal radio emission. We selected a complete sample of 50 clusters in the X-ray band from the REFLEX (27) and the eBCS (23) catalogues. In this paper we present Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) observations at 610 MHz for all clusters still lacking high sensitivity radio information, i.e. 16 eBCS and 7 REFLEX clusters, thus completing the radio information for the whole sample. The typical sensitivity in our images is in the range 1$σ\sim 35-100 μ$Jy b$^{-1}$. We found a radio halo in A697, a diffuse peripheral source of unclear nature in A781, a core--halo source in Z7160, a candidate radio halo in A1682 and ``suspect'' central emission in Z2661. Including the literature information, a total of 10 clusters in the sample host a radio halo. A very important result of our work is that 25 out of the 34 clusters observed with the GMRT do not host extended central emission at the sensitivity level of our observations, and for 20 of them firm upper limits to the radio power of a giant radio halo were derived. The GMRT Radio Halo Survey shows that radio halos are not common, and our findings on the fraction of giant radio halos in massive clusters are consistent with the statistical expectations based on the re--acceleration model. Our results favour primary to secondary electron models.

연구 동기 및 목표

• 적색편이 범위 z = 0.2–0.4 내의 거대 은하 클러스터 중 거대 라디오 허브를 보유한 비율을 측정하기 위해.
• 클러스터 내 퍼져 있는 라디오 방출 기원에 대한 입자 재가속 모델의 예측을 검증하기 위해.
• 라디오 허브 광도 함수를 제약하고, 클러스터의 병합 활동이 허브 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 비탐지된 경우에 라디오 허브의 강도에 대해 엄격한 상한선을 확립하여, 허브 발생의 통계적 제약을 향상시키기 위해.
• 라디오 허브 존재성과 클러스터의 X선 광도 또는 운동 상태 간의 상관관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• REFLEX 및 eBCS X선 목록에서 적색편이 z = 0.2–0.4이고 질량 > 10^15 M⊙인 50개 클러스터의 완전한 샘플을 선별하였다.
• 이전에 깊은 라디오 자료가 없는 23개 클러스터(16개 eBCS, 7개 REFLEX)에 대해 고감도 GMRT 관측을 수행하였으며, 주로 610 MHz에서 수행되었다.
• 형상 감도가 일반적으로 35–100 μJy beam⁻¹ 수준이었으며, 이는 낮은 표면 빛도 수준까지 퍼져 있는 라디오 방출을 탐지할 수 있도록 하였다.
• 모든 클러스터에 대한 완전한 샘플 커버리지를 확보하기 위해 신규 GMRT 데이터를 기존 VLA 관측 자료 및 문헌 자료와 통합하였다.
• X선/라디오 공동 분석을 수행하여, 퍼져 있는 라디오 방출과 클러스터의 운동 상태 및 X선 광도 간의 상관관계를 분석하였다.
• 비탐지된 경우, 3σ 노이즈 수준과 클러스터의 X선 광도를 기준으로 라디오 강도 상한선을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 z = 0.2–0.4인 거대 은하 클러스터 중 거대 라디오 허브를 보유한 비율은 얼마인가?
• RQ2 라디오 허브 존재성은 지속 중인 병합과 같은 클러스터의 운동 활동과 상관관계가 있는가?
• RQ3 관측된 라디오 허브 성질은 재가속 모델을 지지하는가, 아니면 2차 전자 모델을 지지하는가?
• RQ4 라디오 허브 강도에 대한 상한선은 안정된 클러스터에서 허브 발생의 통계적 빈도를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 중간 적색편이 클러스터 샘플에서 라디오 허브 존재성과 X선 광도 간에 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 샘플 내 총 10개 클러스터에서 라디오 허브를 보유하고 있으며, 이 중 4개는 확정된 허브, 3개는 레리프, 1개는 코어-허브 소스이며, 추가적인 후보자도 확인되었다.
• GMRT로 관측한 34개 클러스터 중 25개는 중심에 확장된 중앙 라디오 방출을 보이지 않아, 라디오 허브가 거대 클러스터에서 흔하지 않음을 시사한다.
• 20개 클러스터에 대해 엄격한 라디오 허브 강도 상한선을 확립하였으며, 이 상한선은 알려진 허브의 P₁.₄GHz–Lₓ 상관관계보다 상당히 낮았다.
• 라디오 허브 비율은 f_RH = 29 ± 9%이며, X선 광도가 높은 클러스터(L_X > 8×10⁴⁴ erg s⁻¹)에서는 f_RH = 38 ± 13%로 증가한다.
• 모든 퍼져 있는 라디오 방출을 보이는 클러스터는 운동 활동의 징후를 보였고, 반면 안정된 클러스터 중에는 퍼져 있는 방출을 보이는 경우가 없었다.
• 허브가 혼란스러운 클러스터에서만 존재하고 안정된 클러스터에서는 강력한 상한선이 존재하는 이중성 분포는, 2차 전자 모델보다 재가속 모델을 강하게 지지한다.