[論文レビュー] 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. Giacintucci+5 more|ArXiv.org|Mar 28, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 53被引用数 111

ひとこと要約

本研究では、z = 0.2–0.4の50個の質量の大きな銀河団をGMRTで調査し、10個の団で電波ハロを検出するとともに、20個の団で電波ハロの強度に対する明確な上限を確立した。結果は、巨大電波ハロがまれであり、団の力学的活動と強く相関していることを示しており、二次的電子モデルよりも再加速モデルを支持する。

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.

研究の動機と目的

• 赤方偏移範囲 z = 0.2–0.4 の質量の大きな銀河団のうち、巨大電波ハロを有する割合を測定すること。
• 銀河団内における拡散的電波放射の起源に関する粒子再加速モデルの予測を検証すること。
• 電波ハロの放射度関数を制約し、団の合体活動がハロ形成に果たす役割を評価すること。
• 非検出の電波ハロパワーに対する明確な上限を確立し、ハロ出現の統計的制約を強化すること。
• 電波ハロの有無と団のX線放射度または力学的状態との相関を調査すること。

提案手法

• 赤方偏移 z = 0.2–0.4 で質量 > 10^15 M⊙ の50個の団を、REFLEXおよびeBCSのX線カタログから完全なサンプルとして選定した。
• 先行的な深い電波データがない16個のeBCSおよび7個のREFLEX団の合計23個の団について、610 MHzで高感度のGMRT観測を実施した。
• 通常の画像感度が35–100 μJy beam⁻¹に達し、低表面輝度レベルの拡散的電波放射の検出が可能になった。
• 100%のサンプルカバー率を実現するため、新規のGMRTデータに加え、アーカイブのVLA観測データおよび文献データを統合した。
• X線/電波の共同解析を実施し、拡散的電波放射と団の力学的状態およびX線放射度との相関を評価した。
• 非検出の電波ハロパワーの上限を、3σノイズレベルと団のX線放射度を基準として計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z = 0.2–0.4 の質量の大きな銀河団のうち、どれくらいの割合が巨大電波ハロを有するか？
• RQ2 電波ハロの有無は、進行中の合体を含む団の力学的活動と相関しているか？
• RQ3 観測された電波ハロの性質は、再加速モデルか二次的電子モデルのどちらを支持するか？
• RQ4 電波ハロパワーに対する上限は、落ち着いた団におけるハロ出現の統計的頻度をどのように制約するか？
• RQ5 中赤方偏移銀河団サンプルにおいて、電波ハロの出現とX線放射度の間に相関があるか？

主な発見

• サンプルの合計10個の団で電波ハロが検出された。そのうち4つは確認済みハロ、3つはレリック、1つはコア-ハロ源であり、追加の候補も特定された。
• GMRTで観測された34個の団のうち25個は、中心部に拡散的放射を示さず、電波ハロが質量の大きな団に一般的ではないことを示している。
• 20個の団で電波ハロパワーに対する明確な上限が確立され、既知のハロのP₁.₄GHz–Lₓ相関よりも顕著に低い値であった。
• 電波ハロの割合は f_RH = 29 ± 9% であり、X線放射度が L_X > 8×10⁴⁴ erg s⁻¹ の高い団では f_RH = 38 ± 13% に上昇した。
• 拡散的電波放射を示すすべての団で力学的活動の兆候が観測されたが、落ち着いた団では拡散的放射を有する例は一切なかった。
• ハロが乱れた団にのみ存在し、落ち着いた団では強い上限が得られるという二峰性の分布は、二次的電子モデルよりも再加速モデルを強く支持する。