[논문 리뷰] Magnetic Fields in Cooling Flow Clusters: A Critical View

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 16인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 '냉각 흐름 은하단'에서 '냉각 핵심 은하단'으로의 용어 전환은 냉각이 중대하지 않다는 잘못된 인식을 암시하여 은하 형성과 은하단 진화에서 AGN 피드백을 비교 연구하는 데 악영향을 미친다고 주장한다. 저자는 냉각 흐름 모델을 재수립함으로써 전역적 열전도는 억제되어야 하며, 은하단 내 기포의 안정성은 자기장이 아니라 제트 팽창 역학에 의해 자연스럽게 발생함을 보여주며, X선 빈도가 낮은 기포의 안정화를 위해 자기장을 필요로 하지 않는다는 점을 도전한다.

ABSTRACT

Shortly after the first results of Chandra and XMM-Newton appeared, many researchers in the field abandoned the term "cooling flow clusters" in favor of the name "cool core clusters". This change, I argue, has been causing damage by promoting the view that there is no substantial cooling in these clusters. In this contribution I discuss the following points, with emphasize on the last one that deals with magnetic fields in cooling flow clusters. (1) Both AGN-feedback and hot-gas cooling to form stars occur during galaxy formation as well as in cooling flow clusters. Ignoring cooling of the intra-cluster medium, as implied by the term "cool core", does not encourage comparative study of AGN feedback in cooling flow clusters with that of galaxy formation. (2) The line of thought that there is no cooling might lead to wrong questions and research directions. (3) A key question in both cooling flow clusters and during galaxy formation is the mode of accretion by the super massive black hole (SMBH). When cooling is neglected only accretion from the hot phase remains. Accretion from the hot phase, such as the Bondi accretion, suffers from some severe problems. (4) When it is accepted that moderate quantities of gas are cooling, it becomes clear that global heat conduction must be substantially suppressed. This does not favor a globally ordered magnetic field. As well, it makes global heat conduction unattractive.

연구 동기 및 목표

• 냉각 흐름 은하단에서 '냉각 핵심 은하단'으로의 사회적 용어 전환이 냉각이 없음을 암시하여 과학적 탐구를 왜곡한다는 점을 도전한다.
• 냉각 흐름 은하단에서 중간 정도의 냉각이 AGN 피드백 메커니즘 이해에 있어 중요한 역할을 한다는 점을 재확인한다.
• 냉각을 忽시하는 모델에서 본드 항성 모델에 대한 의존을 비판하며, 그 물리적 일관성 결여를 강조한다.
• 기포의 안정성이 자기장이 아닌 현실적인 제트 팽창 역학에 의해 발생함을 보여주며, 자기장이 필요로 하지 않는다는 점을 입증한다.
• 전역적 순서가 있는 자기장이 아닌, 열전도와 기포 형태학적 역할을 재평가한다.

제안 방법

• 찰리나 및 XMM-뉴턴의 관측 증거를 분석하여 냉각 속도와 냉각 흐름의 지속성(예: 항성 형성, 분자 가스,-dust)을 재평가한다.
• 냉각 흐름 모델의 중간 정도 냉각을 자연스러운 상태로 재고하며, 냉각이 없는 '이deal' 냉각 핵심 가정과 대비한다.
• 은하단 내 열전도의 역할을 평가하며, 중간 정도의 냉각이 존재할 경우 전역적 순서가 있는 자기장과 모순되는 바, 상당한 억제가 필요하다고 주장한다.
• 기포 진화의 수치 시뮬레이션을 검토하며, 인위적 기포 모델과 현실적인 제트 팽창 시뮬레이션(예: Sternberg & Soker 2008, 2009)을 대비한다.
• 기포의 레일리-타일러 불안정성 시간스케일을 분석하며, 실제 팽창 과정(예: 느린, 질량이 큰, 넓은 범위의 제트)이 내재된 안정성을 제공한다고 주장한다.
• 제트 팽창 기포의 유체역학적 시뮬레이션을 통해 빈도가 낮은 자기장 없이도 소용돌이 형성, 둔화되는 인터페이스, 운동량 수송이 기포 안정성에 기여함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 '냉각 흐름 은하단'에서 '냉각 핵심 은하단'으로의 용어 전환이 냉각이 없다는 잘못된 인식을 조장하며, 그 과학적 결과는 무엇인가?
• RQ2 중간 정도의 냉각을 忽시할 경우 은하단 내 초거대 블랙홀에 대한 항성 모드 모델링에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 X선 빈도가 낮은 기포가 은하단에서 오랫동안 지속되는 현상은 안정화 자기장을 도입하지 않고도 설명될 수 있는가?
• RQ4 전역적 열전도는 냉각 흐름 은하단에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 대규모 자기장 존재를 제약하는가?
• RQ5 현실적인 제트 팽창 과정은 레일리-타일러 및 켈빈-헬름홀츠 불안정성에 대해 기포를 내재적으로 안정화하는가?

주요 결과

• 용어 '냉각 핵심 은하단'은 냉각이 중대하지 않다는 잘못된 인식을 조장하여 과학적 연구 방향을 잘못 이끌고, 중간 정도의 냉각 흐름 모델이 무시당하게 한다.
• 중간 정도의 냉각은 냉각 피드백 메커니즘에서 필수적이며, 냉각된 덩어리가 중심 초거대 블랙홀에 공급되며, 이 방식의 항성 모드는 순수 본드 항성 모드와 호환되지 않는다.
• 중간 정도의 냉각이 존재할 경우 전역적 열전도는 상당히 억제되어야 하며, 이는 전역적 순서가 있는 자기장 존재와 모순된다.
• 은하단 내 기포의 안정성은 제트 팽창 역학—특히 둔화되는 인터페이스와 내부 소용돌이—에 의해 자연스럽게 발생하므로, 자기장에 의한 안정화가 불필요하다.
• 현실적인 팽창 과정을 모의한 제트 팽창 기포의 시뮬레이션은 장기간에 걸쳐도 레일리-타일러 또는 켈빈-헬름홀츠 불안정성의 징후를 보이지 않는다.
• 인위적으로 구형으로 상승하는 기포 모델은 불균형한 ICM를 가정하며 불안정성 시간스케일을 과대평가하여 자기장이 필요하다는 잘못된 결론을 이끌어낸다.