[论文解读] The contribution of non-central radio galaxies to AGN feedback in rich galaxy clusters

Ruchika Seth, Ewan O’Sullivan+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用 5

一句话总结

本研究结合GMRT 610 MHz射电与Chandra X射线数据，调查了六个大质量星系团中非中心射电星系在加热星系团内介质（ICM）中的作用。结果表明，尽管最亮星系（BCG）在长期ICM冷却平衡中占主导地位，但非中心射电星系——尤其是展宽的FR-I型和WAT型源——可注入显著能量（喷流功率约10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹），平均每簇约有1.2个此类源，表明尽管其不如中心活动星系核（AGN）显著，但其在加热过程中仍起着不可忽视的作用。

ABSTRACT

We present a combined radio/X-ray study of six massive galaxy clusters, aimed at determining the potential for heating of the intra-cluster medium (ICM) by non-central radio galaxies. Since X-ray cavities associated with the radio lobes of non-central galaxies are generally not detectable, we use Giant Metrewave Radio Telescope 610~MHz observations to identify jet sources and estimate their size, and Chandra data to estimate the pressure of the surrounding ICM. In the radio, we detect 4.5% of galaxies above the spectroscopic survey limit (M*K+2.0) of the Arizona cluster redshift survey (ACReS) which covers five of our six clusters. Approximately one tenth of these are extended radio sources. Using star formation (SF) rates determined from mid-infrared data, we estimate the expected contribution to radio luminosity from the stellar population of each galaxy, and find that most of the unresolved or poorly-resolved radio sources are likely star formation dominated. The relatively low frequency and good spatial resolution of our radio data allows us to trace star formation emission down to galaxies of stellar mass ~10^9.5 Msol. We estimate the enthalpy of the (AGN dominated) jet/lobe and tailed sources, and place limits on the energy available from unresolved radio jets. We find jet powers in the range ~10^43-10^46 erg/s, comparable to those of brightest cluster galaxies. Our results suggest that while cluster-central sources are the dominant factor balancing ICM cooling over the long term, non-central sources may have a significant impact, and that further investigation is possible and warranted.

研究动机与目标

• 评估非中心射电星系在富星系团中AGN反馈的贡献。
• 确定非中心AGN是否能注入足够能量以平衡ICM的辐射冷却。
• 评估与非中心射电源相关的X射线腔体的可探测性。
• 区分非中心星系中射电发射是来自恒星形成还是AGN主导。
• 建立大质量星系团中非中心射电源的射电光度与喷流功率分布。

提出的方法

• 结合巨型米波射电望远镜（GMRT）610 MHz观测与Chandra X射线数据，识别射电源并测量ICM压强。
• 利用光谱与测光星表（ACReS、HeCS）确认星系团成员身份，并确定星系恒星质量与恒星形成率。
• 利用中红外恒星形成率估算恒星种群的预期射电光度，以分离AGN与恒星形成主导的发射。
• 通过射电源尺寸、形态与ICM压强计算喷流/瓣体能量与喷流功率，评估其加热潜力。
• 对射电源属性（光度、形态、质量、SFR）进行统计分析，评估其对ICM加热的集体影响。
• 通过模拟评估X射线腔体的可探测性极限，表明需要比当前数据深3–10倍的曝光才能实现3σ探测非中心腔体。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大质量星系团中，非中心射电星系是否能向ICM注入足够能量以平衡辐射冷却？
• RQ2 非中心射电源中AGN主导与恒星形成主导的比例是多少？该比例如何随星系质量与形态变化？
• RQ3 非中心射电星系的喷流功率与最亮星系（BCG）相比如何？
• RQ4 现有射电巡天在多大程度上能探测到最具能量的非中心射电源，这些源可对ICM加热产生显著影响？
• RQ5 探测与非中心射电源相关的X射线腔体需要多深的观测深度？

主要发现

• 在五个星系团中，高于ACReS光谱限值的星系中约有4.5%在射电波段被探测到，其中10%为展宽源。
• 展宽非中心射电源的平均射电光度比非展宽源高两个数量级，其喷流功率范围约为~10⁴³–10⁴⁶ erg s⁻¹，与BCG相当。
• 平均每簇有1.2个展宽非中心射电源，表明其是ICM加热中常见且能量显著的来源。
• 仅7%的最质量星系拥有强大展宽射电源，且在整个星系群体中射电探测率仅为0.5%，表明此类源极为稀少。
• 未分辨或轻微展宽的射电源（点源子集）主要由恒星形成主导，其恒星质量较低，恒星形成率高于展宽源的宿主星系。
• 点源与点状源的射电探测率为4.5%，尽管其射电光度高于典型点源，但仍显著低于展宽源。