[论文解读] GMRT 150 MHz follow up of diffuse steep spectrum radio emission in galaxy clusters

G. Macario, T. Venturi+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2011

Radio Astronomy Observations and Technology被引用 3

一句话总结

本研究利用 GMRT 150 MHz 观测了星系团 A 697，以表征其超陡谱射电晕（USSRH）的低频谱，确认其谱指数约为 α ≈ 1.7。结果支持弥散射电发射的湍流再加速模型，并为理解合并星系团中巨射电晕起源提供了关键的低频约束。

ABSTRACT

It has been recently found that a few galaxy clusters host diffuse radio halo emission with very steep synchrotron spectra ($α$ > 1.6), which may be classified as Ultra Steep Spectrum Radio Halos (USSRHs). USSRHs are expected in the turbulence re-acceleration model for the origin of cluster radio halos, and are best discovered and studied at low frequencies. We performed GMRT follow up observations of three galaxy clusters at 150MHz, selected from the GMRT radio halo survey, which are known to host an USSRH or candidate very steep spectrum diffuse emission. This project is aimed to characterize the low frequency spectrum of USSRHs for a detailed study of their origin and connection with cluster mergers. We present preliminary results at 150 MHz of the cluster A697.

研究动机与目标

• 表征星系团中超陡谱射电晕（USSRHs）的低频谱，特别是 A 697 中的情况。
• 通过测量低频段的谱指数（此时陡谱最为显著），检验湍流再加速模型对弥散射电发射的适用性。
• 通过多频射电数据，研究 USSRHs 与星系团合并过程之间的关联。
• 通过将观测延伸至 150 MHz（射电晕谱的低频端），改进谱能分布建模。
• 确定 A 697 中弥散发射的流量密度在 150–1400 MHz 范围内是否与单一幂律谱一致。

提出的方法

• 使用 128 通道带宽（总带宽 8 MHz），中心频率为 151 MHz（通道宽度 62.5 kHz），对 A 697 进行了 10 小时的 GMRT 150 MHz 观测。
• 采用基于 AIPS 的标准数据处理流程，包括使用 3C 147 和 3C 286 进行流量和频响校准，以及使用 0735+331 进行相位校准。
• 采用 121 个光斑（每个 0.6°）的宽场成像技术，以校正非共面基线，并抑制强外部源引起的旁瓣。
• 进行多轮仅相位自校准和 RFI 消除，以提高动态范围和图像保真度。
• 生成初步 CLEAN 图像，其 1σ 均方根噪声为 0.8–1 mJy beam⁻¹，分辨率为 ~26″ × 19″（中心区域）。
• 通过从总积分流量中减去嵌入离散源的贡献（估计约为 ~20 mJy），估算 150 MHz 处弥散晕的流量密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 A 697 中弥散射电发射在 150 MHz 处的谱指数是多少？其与高频段相比有何差异？
• RQ2 A 697 射电晕的积分谱在 150–1400 MHz 范围内是否仍与单一幂律模型一致？
• RQ3 150 MHz 处观测到的射电晕形态是否与 325 MHz 处一致，特别是在西南延伸结构等扩展特征上？
• RQ4 尽管存在强烈的 RFI 和明亮点源，是否能可靠地测量 A 697 中弥散发射在 150 MHz 处的流量密度？
• RQ5 A 697 中射电晕的谱陡度是否支持湍流再加速模型，而非次级电子产生模型？

主要发现

• A 697 的 150 MHz 图像显示存在一个弥散射电晕，最大线尺度约为 ~1.3–1.4 Mpc，沿东南/西北方向延伸，可能在东西方向亦有延伸。
• 初步估算的 150 MHz 弥散晕流量密度为 165–240 mJy，扣除嵌入点源贡献后，平均值约为 ~200 mJy。
• 该晕的积分谱在 150 MHz 至 1.4 GHz 之间与谱指数 α ≈ 1.7 一致，表明其具有极陡的谱。
• 150 MHz 处的晕形态与 325 MHz 处总体相似，尤其在中心区域和南部延伸部分，尽管点源减除工作仍在进行中。
• 全分辨率图像中的 1σ 均方根噪声为 0.8–1 mJy beam⁻¹，绝对流量校准不确定度约为 15%。
• 强 RFI 和明亮点源限制了动态范围，但自校准和宽场成像技术有效缓解了这些影响。