[논문 리뷰] The contribution of non-central radio galaxies to AGN feedback in rich galaxy clusters

Ruchika Seth, Ewan O’Sullivan외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 72인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 거대 은하단 6개에서 GMRT 610 MHz 전파 및 Chandra X선 자료를 통합하여 비중앙 전파은하의 은하단 내 매질(ICM) 난방 역할을 조사한다. 가장 밝은 은하단 중심은하(BCG)가 장기적인 ICM 냉각 균형을 지배하지만, 특히 확장형 FR-I 및 WAT 소스인 비중앙 전파은하가 상당한 에너지를 주입할 수 있음을 발견했다(제트 파워 ~10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹), 평균적으로 각 은하단당 약 1.2개의 이러한 소스가 존재하여, 중심 AGN만큼 뚜렷하지는 않지만 난방 역할을 하지 않을 수 없는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We present a combined radio/X-ray study of six massive galaxy clusters, aimed at determining the potential for heating of the intra-cluster medium (ICM) by non-central radio galaxies. Since X-ray cavities associated with the radio lobes of non-central galaxies are generally not detectable, we use Giant Metrewave Radio Telescope 610~MHz observations to identify jet sources and estimate their size, and Chandra data to estimate the pressure of the surrounding ICM. In the radio, we detect 4.5% of galaxies above the spectroscopic survey limit (M*K+2.0) of the Arizona cluster redshift survey (ACReS) which covers five of our six clusters. Approximately one tenth of these are extended radio sources. Using star formation (SF) rates determined from mid-infrared data, we estimate the expected contribution to radio luminosity from the stellar population of each galaxy, and find that most of the unresolved or poorly-resolved radio sources are likely star formation dominated. The relatively low frequency and good spatial resolution of our radio data allows us to trace star formation emission down to galaxies of stellar mass ~10^9.5 Msol. We estimate the enthalpy of the (AGN dominated) jet/lobe and tailed sources, and place limits on the energy available from unresolved radio jets. We find jet powers in the range ~10^43-10^46 erg/s, comparable to those of brightest cluster galaxies. Our results suggest that while cluster-central sources are the dominant factor balancing ICM cooling over the long term, non-central sources may have a significant impact, and that further investigation is possible and warranted.

연구 동기 및 목표

• 풍부한 은하단에서 비중앙 전파은하의 AGN 피드백 기여도를 평가하기 위해.
• 비중앙 AGN가 ICM 복사 냉각을 상쇄할 만큼의 에너지를 주입할 수 있는지 확인하기 위해.
• 비중앙 전파 소스와 관련된 X선 기포의 탐지 가능성 평가하기 위해.
• 비중앙 은하에서 별 형성과 AGN에 의해 주도되는 전파 방출을 구분하기 위해.
• 거대 은하단 내 비중앙 전파 소스의 전파 투과도 및 제트 파워 분포를 설정하기 위해.

제안 방법

• 비중앙 전파 소스 식별 및 ICM 압력 측정을 위해 거대 밀리파장 전파망원경(GMRT) 610 MHz 관측과 Chandra X선 자료를 통합 분석하기 위해.
• 은하단 소속 확인 및 은하별 항성 질량과 별 형성률 산정을 위해 스펙트로스코픽 및 광학적 카탈로그(ACReS, HeCS)를 사용하기 위해.
• 중간 적외선 별 형성률을 이용해 항성 집단으로부터 예상되는 전파 투과도를 추정하여 AGN와 별 형성에 의해 주도되는 방출을 분리하기 위해.
• ICM 압력, 전파 소스 크기 및 형태를 기반으로 제트/엽색의 내부 에너지와 제트 파워를 계산하여 난방 잠재력 평가하기 위해.
• 전파 소스 특성(투과도, 형태, 질량, SFR)의 통계적 분석을 통해 ICM 난방에 대한 그들의 집합적 영향 평가하기 위해.
• 시뮬레이션을 이용한 X선 기포 탐지 한계 평가로, 현재 자료보다 3–10배 더 깊은 노출이 비중앙 기포의 3σ 탐지에 필요함을 밝히기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 은하단의 비중앙 전파은하가 ICM 복사 냉각을 상쇄할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 주입할 수 있는가?
• RQ2 비중앙 전파 소스 중 AGN에 의해 주도되는 비율은 얼마이며, 이 비율은 은하 질량과 형태에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 비중앙 전파은하의 제트 파워는 가장 밝은 은하단 중심은하(BCG)의 제트 파워와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 기존 전파 조사로는 ICM 난방에 상당한 영향을 미칠 수 있는 가장 에너지가 큰 비중앙 전파 소스를 어느 정도 탐지할 수 있는가?
• RQ5 비중앙 전파 소스와 관련된 X선 기포를 탐지하기 위해 어느 정도의 관측 깊이가 필요한가?

주요 결과

• ACReS 스펙트로스코픽 한계를 초과하는 다섯 은하단의 은하 약 4.5%가 전파로 탐지되었으며, 이 중 10%는 확장형 소스였다.
• 비중앙 확장형 전파 소스는 비확장 소스보다 평균적으로 약 두 개의 주기수만큼 더 높은 전파 투과도를 보였으며, 제트 파워는 약 ~10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹의 범위에 있었고, BCG와 유사한 수준이었다.
• 평균적으로 각 은하단당 1.2개의 확장형 비중앙 전파 소스가 존재하여, 이는 ICM 난방에 일반적이고 에너지적으로 중요한 기여를 한다는 것을 시사한다.
• 가장 질량이 큰 은하의 7%만 강력한 확장형 전파 소스를 보유하고 있으며, 전체 은하 집단에서의 전파 탐지 비율은 단지 0.5%에 불과하여 이러한 소스가 희귀하다는 것을 나타낸다.
• 비확장 또는 약간 확장된 전파 소스(점원형 부분집합)는 주로 별 형성에 의해 주도되며, 확장 소스의 주체보다 더 낮은 항성 질량과 더 높은 별 형성률을 보였다.
• 점원형 및 점원형에 가까운 소스의 전파 탐지 비율은 4.5%였으며, 이들의 전파 투과도는 일반적인 점원형 소스보다 높았지만 여전히 확장 소스보다는 크게 낮았다.