[论文解读] Sardinia Radio Telescope observations of Abell 194 - the intra-cluster magnetic field power spectrum

F. Govoni, M. Murgia+31 more|Leiden Repository (Leiden University)|Mar 25, 2017

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用 27

一句话总结

本研究利用撒丁岛射电望远镜和甚大阵列（VLA）的观测数据，通过法拉第旋转测量（RM）成像与谱龄分析，研究贫乏星系团阿贝尔194的团内磁场。研究发现，这是迄今通过法拉第旋转分析测得的星系团中心磁场最弱的记录——1.5 ± 0.2 μG，其磁场强度与气体密度呈B₀ ∝ n₀^1.1关系，磁场功率谱与Kolmogorov模型一致，最大扰动尺度为64 ± 24 kpc。

ABSTRACT

We study the intra-cluster magnetic field in the poor galaxy cluster Abell 194 by complementing radio data, at different frequencies, with data in the optical and X-ray bands. We analyze new total intensity and polarization observations of Abell 194 obtained with the Sardinia Radio Telescope (SRT). We use the SRT data in combination with archival Very Large Array observations to derive both the spectral aging and Rotation Measure (RM) images of the radio galaxies 3C40A and 3C40B embedded in Abell 194. The optical analysis indicates that Abell 194 does not show a major and recent cluster merger, but rather agrees with a scenario of accretion of small groups. Under the minimum energy assumption, the lifetimes of synchrotron electrons in 3C40B measured from the spectral break are found to be 157 Myrs. The break frequency image and the electron density profile inferred from the X-ray emission are used in combination with the RM data to constrain the intra-cluster magnetic field power spectrum. By assuming a Kolmogorov power law power spectrum, we find that the RM data in Abell 194 are well described by a magnetic field with a maximum scale of fluctuations of Lambda_max=64 kpc and a central magnetic field strength of =1.5 microG. Further out, the field decreases with the radius following the gas density to the power of eta=1.1. Comparing Abell 194 with a small sample of galaxy clusters, there is a hint of a trend between central electron densities and magnetic field strengths.

研究动机与目标

• 通过法拉第旋转测量，确定阿贝尔194星系团内磁场的强度与空间结构。
• 利用光学红移和X射线数据研究星系团的动力学状态，评估并合活动。
• 结合RM数据与谱龄分析及电子密度分布，约束磁场功率谱。
• 将阿贝尔194的磁场特性与其他星系团进行比较，探讨其与星系团密度或温度的潜在标度关系。

提出的方法

• 利用撒丁岛射电望远镜（SRT）在多个频率上获取阿贝尔194的总强度与偏振射电观测数据。
• 将SRT数据与档案中的甚大阵列（VLA）观测数据结合，生成射电星系3C 40A与3C 40B的高分辨率旋转测量（RM）图像。
• 通过同步辐射发射的谱 break 分析估算电子寿命，并在最小能量假设下推断辐射年龄。
• 基于ROSAT与钱德拉X射线观测数据推断团内电子密度分布，以模拟热 plasma 分布。
• 将RM数据拟合至具有固定最小尺度（Λ_min = 1 kpc）但可变最大尺度（Λ_max）的Kolmogorov型磁场功率谱模型。
• 在假设幂律模型下，利用RM弥散度与气体密度分布计算磁场自相关长度（Λ_B）与中心磁场强度（⟨B₀⟩）。

实验结果

研究问题

• RQ1 贫乏星系团阿贝尔194的团内磁场强度与空间分布如何？
• RQ2 阿贝尔194的磁场功率谱与Kolmogorov谱等理论模型相比如何？
• RQ3 阿贝尔194的动力学状态如何？是否存在近期重大并合或持续吸积的迹象？
• RQ4 磁场强度如何随星系团中热气体密度变化？
• RQ5 中心磁场强度是否与星系团的温度或电子密度等属性存在相关性？

主要发现

• 阿贝尔194的中心磁场强度为⟨B₀⟩ = 1.5 ± 0.2 μG，是迄今通过法拉第旋转分析测得的星系团中磁场最弱的记录。
• 磁场功率谱最符合Kolmogorov模型，最大扰动尺度为Λ_max = 64 ± 24 kpc。
• 磁场自相关长度为Λ_B = 20 ± 8 kpc，表明在千秒差距尺度上存在相干结构。
• 磁场强度随半径按热气体密度的η = 1.1 ± 0.2次幂减小，表明与电浆密度存在紧密相关性。
• 在星系团样本中观察到中心磁场强度与中心电子密度之间存在初步趋势，满足⟨B₀⟩ ∝ n₀^0.47。
• 星系团未显示近期重大并合的证据，支持沿东北-西南方向持续吸积的演化情景。