[논문 리뷰] The Extended GMRT Radio Halo Survey I: New upper limits on radio halos and mini-halos

Ruta Kale, T. Venturi외 6명|2013. 06. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 90인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 거대 밀리미터파 전파망원경(GMRT)를 사용하여 610, 325, 및 235 MHz에서 17개의 은하단에 대한 체계적인 전파 조사인 확장된 GMRT 라디오 할로우 설문(EGRHS)을 제시한다. RXJ1532.9+3021에서 새로운 미니할로우를 검출하였으며, 11개의 은하단에서는 클러스터 스케일의 확산 전파 방출을 발견하지 못했고, 라디오 할로우와 미니할로우에 대한 강력한 상한선을 확보하였다. 전체 67개의 은하단에서 라디오 할로우 비율은 23±7%로 나타났으며, 고X선광도 클러스터에서는 31±11%로 증가하였다.

ABSTRACT

A fraction of galaxy clusters host diffuse radio sources called radio halos, radio relics and mini-halos. We present the sample and first results from the Extended GMRT Radio Halo Survey (EGRHS)- an extension of the GMRT Radio Halo Survey (GRHS, Venturi et al. 2007, 2008). It is a systematic radio survey of galaxy clusters selected from the REFLEX and eBCS X-ray catalogs . Analysis of GMRT data at 610/ 235/ 325 MHz on 12 galaxy clusters are presented. We report the detection of a newly discovered mini-halo in the cluster RXJ1532.9+3021 at 610 MHz. A small scale relic (~200 kpc) is suspected in the cluster Z348. We do not detect cluster-scale diffuse emission in 11 clusters. Robust upper limits on the detection of radio halo of size of 1 Mpc are determined. We also present upper limits on the detections of mini-halos in a sub-sample of cool-core clusters. The upper limits for radio halos and mini-halos are plotted in the radio power- X-ray luminosity plane and the correlations are discussed. Diffuse extended emission, not related to the target clusters, but detected as by-products in the sensitive images of two of the cluster fields (A689 and RXJ0439.0+0715) are reported. Based on the information about the presence of radio halos (or upper limits), available on 48 clusters out of the total sample of 67 clusters (EGRHS+GRHS), we find that ~23% of the clusters host radio halos. The radio halo fraction rises to ~31%, when only the clusters with X-ray luminosities >8x10^44 erg/s are considered. Mini-halos are found in ~50 % of cool-core clusters. A qualitative examination of the X-ray images of the clusters with no diffuse radio emission indicates that a majority of these clusters do not show extreme dynamical disturbances and supports the idea that mergers play an important role in the generation of radio halos/relics.

연구 동기 및 목표

• 거대 밀리미터파 전파망원경(GMRT)을 사용하여 610, 325, 및 235 MHz에서 67개의 거대 은하단에 대한 확산 전파 방출을 체계적으로 조사하기 위해.
• X선 광도와 클러스터의 역학적 상태와 관련된 라디오 할로우와 미니할로우의 통계적 성질을 규명하기 위해.
• 검출된 방출이 없는 클러스터에서 라디오 할로우와 미니할로우의 존재에 대한 강력한 상한선을 모델 주입 기법을 사용하여 설정하기 위해.
• 라디오 할로우와 미니할로우에 대해 라디오 파wr와 X선 광도 간의 상관관계를 조사하기 위해.
• 감도가 높은 이미지에서 부산물로 검출된 확장된 비클러스터 관련 전파 방출을 식별하고 특성화하기 위해.

제안 방법

• REFLEX 및 eBCS X선 목록에서 유래한 17개의 은하단에 대해 GMRT를 사용하여 깊고 다중 주파수 전파 관측을 수행하였다. 주파수는 610 MHz, 325 MHz, 및 235 MHz였다.
• 610 MHz에서 루트 평균 제곱 노이즈 수준은 45–80 μJy beam⁻¹, 325 MHz에서는 0.25–0.40 mJy beam⁻¹, 235 MHz에서는 0.55–1.8 mJy beam⁻¹였다.
• 검출된 방출이 없는 클러스터에서 라디오 할로우 및 미니할로우의 전력에 대한 강력한 상한선을 모델 주입 기법을 사용하여 도출하였다.
• X선 이미지 분석 및 중심 엔트로피, 냉각 시간, 광도 비율 등의 역학적 지표를 사용하여 클러스터를 안정적 또는 교란된 상태로 분류하였다.
• 라디오 파워–X선 광도 도표에 상한선을 플로팅하여 상관관계 평가 및 기존의 스케일링 관계와 비교하였다.
• 두 개의 클러스터 영역(A689 및 RXJ0439.0+0715)에서 확장된 비클러스터 관련 전파 방출(예: 디스크 은하 및 전파 띠)을 식별하고 보고하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 은하단의 통계적으로 완전한 샘플에서 라디오 할로우와 미니할로우의 발생 빈도는 얼마인가?
• RQ2 X선 광도와 클러스터의 역학적 상태와 관련하여 라디오 할로우 및 미니할로우의 전력에 대한 상한선은 어떻게 관련되는가?
• RQ3 고X선광도 클러스터와 저X선광도 클러스터에서 라디오 할로우 비율은 각각 얼마인가?
• RQ4 냉각핵이 있는 클러스터에서 미니할로우에 대해 라디오 파워와 X선 광도 간의 감지 가능한 상관관계가 있는가?
• RQ5 감도가 높은 GMRT 이미지에서 검출된 비클러스터 관련 확산 전파 방출의 의미는 무엇인가?

주요 결과

• RXJ1532.9+3021 은하단에서 610 MHz에서 새로운 미니할로우가 검출되었으며, 이는 안정적이고 냉각핵이 있는 시스템임을 확인한다.
• 11개의 클러스터에서 클러스터 스케일의 확산 전파 방출이 검출되지 않았고, 그 중 10개에 대해 1 Mpc 크기의 라디오 할로우에 대한 강력한 상한선이 설정되었다.
• EGRHS+GRHS 샘플의 67개 클러스터에서 전체 라디오 할로우 비율은 23±7%이며, X선 광도가 8×10⁴⁴ erg s⁻¹ 이상인 클러스터에서는 31±11%로 증가한다.
• 5개의 냉각핵 클러스터에 대해 미니할로우 검출에 대한 상한선를 확보하였으며, 냉각핵 하위표본에서 미니할로우 비율은 약 50%로 추정된다.
• 라디오 할로우에 대한 상한선는 일반적으로 P₁.₄GHz–Lₓ 상관관계에 기반한 예상 라디오 파워보다 3–20배 낮아, 검출 빈도가 낮음을 시사한다.
• 두 개의 영역에서 확장된 비클러스터 관련 전파 방출이 검출되었으며, A689에서는 복합적인 라디오 소스 혼합체, RXJ0439.0+0715에서는 디스크 은하(NGC 1633) 및 가능성이 있는 전파 띠가 확인되었다.