[논문 리뷰] The complex intracluster medium of Abell 1569 and its interaction with central radio galaxies

Juhi Tiwari, K. P. Singh|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 101인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 천체망원경 창시자 데이터를 사용하여 아벨 1569의 처음으로 상세한 X선 분석을 수행하며, 각각 중심 라디오 은하를 지닌 두 개의 군 규모의 하위클러스터—A1569N과 A1569S—를 밝혀냈다. A1569N에서는 뿌리가 뚜렷한 기계적 힘에 의한 가열이 X선 공극을 통해 확인되었으며, 이는 복사 손실을 초월하는 기계적 힘에 의해 발생한다. A1569S에서는 밀도 불연속성과 굽은 WAT 라디오 꼬리에 의해 약한 정면 충돌이 존재하는 증거를 제시한다.

ABSTRACT

We present the first in-depth study of X-ray emission from a nearby ($z\sim0.0784$) galaxy cluster Abell 1569 using an archival $Chandra$ observation. A1569 consists of two unbound subclusters $-$ a northern subcluster (A1569N) hosting a double-lobed radio galaxy 1233+169 at its centre, and a southern subcluster (A1569S) harbouring a wide-angle-tailed (WAT) radio source 1233+168. X-ray emission from A1569N and A1569S extends to a radius $r\sim248$ kpc and $r\sim370$ kpc, respectively, indicating that the two gas clumps are group-scale systems. The two subclusters have low X-ray luminosities ($\sim10^{42-43}$ erg s$^{-1}$), average elemental abundances $\sim$1/4 Z$_\odot$, low average temperatures ($\sim2$ keV), and lack large ($r\gtrsim40-50$ kpc) cool cores associated with the intracluster gas. We detect a pair of cavities coincident with the radio lobes of 1233+169 in A1569N. The total mechanical power associated with the cavity pair is an order of magnitude larger than the X-ray radiative loss in the cavity-occupied region, providing corroborating evidence for cavity-induced heating of the intragroup gas in A1569N. A1569S exhibits possible evidence for a small-scale cluster-subcluster merger, as indicated by its high central entropy, and the presence of local gas elongation and a density discontinuity in between the bent radio tails of 1233+168. The discontinuity is indicative of a weak merger shock with Mach Number, $M\sim1.7$. The most plausible geometry for the ongoing interaction is a head-on merger occurring between A1569S and a subcluster falling in from the west along the line bisecting the WAT tails.

연구 동기 및 목표

• 근접한 은하 클러스터 아벨 1569의 은하간 매질(ICM)의 열역학적 성질을 조사하기 위해.
• 중심 라디오 은하(1233+169 및 1233+168)와 둘러싸인 뜨거운 X선 방출 가스 간의 상호작용을 검토하기 위해.
• ICM의 구조적 비정상성이 AGN 피드백에 의해 유도되는지 여부를 판단하기 위해.
• 라디오 공극에 의한 기계적 가열과 융합에 의한 충격 가열이 ICM의 형성에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• X선 표면 밝기 경계와 라디오 구조를 사용하여 융합 기하학과 역학을 제약하기 위해.

제안 방법

• 고해상도 및 고스펙트럼 해상도를 지닌 약 10년 전의 창시자 ACIS X선 관측 자료를 활용하여 X선 표면 밝기 및 온도 분포를 맵핑하기 위해.
• A1569N과 A1569S의 X선 피크 중심으로 원형 링에서 스펙트럼 피팅을 수행하여 온도, 농도 및 발광 측정치를 유도하기 위해.
• 1.4 GHz 매우 큰 어레이(VLA) 라디오 자료를 결합하여 라디오 루프와 굽은 尾 라디오 소스(1233+169 및 1233+168)를 식별하고, 이들의 구조가 X선 공극 및 불연속성과 어떻게 관련되어 있는지 분석하기 위해.
• 표면 밝기 경계 탐지 기법을 적용하여 A1569S에서 날카러운 밀도 점프를 식별하고, 이를 융합 충격 또는 접촉 불연속성으로 해석하기 위해.
• X선 표면 밝기 및 온도 프로파일에서 유도된 부피와 압력에 기반하여 라디오 공극에서의 기계적 힘을 계산하기 위해.
• 충격 점프 조건에서 유도된 매크 수 관계를 사용하여 관측된 밀도 및 압력 불연속성으로부터 충격 강도를 추정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아벨 1569의 두 하위클러스터(A1569N 및 A1569S)의 은하간 매질(ICM)의 열역학적 상태는 어떠한가?
• RQ2 A1569N의 뜨거운 기체는 X선 공극에 의해 나타나는 라디오 루프의 기계적 에너지로 얼마나 가열되었는가?
• RQ3 A1569S에서 융합에 대한 증거는 무엇이며, 융합 충격의 기하학적 구조와 강도는 어떠한가?
• RQ4 이중 루프 및 WAT 소스의 라디오 구조는 X선 구조 및 ICM 역학과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 A1569S의 WAT 소스 1233+168의 굽힘은 융합에 의해 유도된 ICM의 유속에 의한 램 압력에 의해 발생하는가?

주요 결과

• A1569N의 X선 복사능은 4.5 ± 0.4 × 10⁴² erg s⁻¹이며, 온도는 1.6⁺⁰.³₋₀.³ keV로, 저온, 저광도의 군 규모 시스템임을 나타낸다.
• A1569S는 A1569N보다 더 높은 복사능(2.31 ± 0.06 × 10⁴³ erg s⁻¹)과 온도(1.9⁺⁰.²₋₀.¹ keV)를 지니며, 더 넓은 확장(370 kpc)과 더 높은 기체 질량(2.3⁺¹.⁸₋₁.³ × 10¹² M⊙)을 가진다.
• A1569N에서 라디오 루프 1233+169와 일치하는 X선 공극 쌍이 관측되었으며, 총 기계적 힘은 약 2.1 × 10⁴³ erg s⁻¹로, 지역 X선 복사 손실(2.2 ± 0.2 × 10⁴² erg s⁻¹)을 초월한다.
• A1569S에서 1.01 arcmin 위치에 있는 표면 밝기 경계는 밀도 점프 2.3 ± 0.6 및 압력 감소 2.5⁺².⁴₋₁.²를 나타내며, 이는 약한 충격(Mach 수 ~1.7)과 일치한다.
• 밀도 불연속성의 방향은 1233+168의 WAT 꼬리의 이등분선에 수직이며, 서쪽에서 하위클러스터가 정면으로 충돌하고 있음을 지지한다.
• 융합에 의해 유도된 ICM의 대류 속도는 약 1414 km s⁻¹로 추정되며, 이는 램 압력에 의해 관측된 WAT 라디오 소스의 굽힘과 일치한다.