[논문 리뷰] The eROSITA view of the Abell 3391/95 field: a case study from the Magneticum cosmological simulation

Veronica Biffi, Klaus Dolag외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 98인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 A3391/95 은하단 쌍과 그들을 연결하는 가스 필라멘트를 모델링하기 위해 Magneticum Pathfinder 천체역학 시뮬레이션을 사용한다. 그 결과, 희박한 다리 구조의 가스는 주로 온도 T ~1 keV, 과밀도 δ ~100인 따뜻한-핫 은하간 매질(WHIM)이며, 간단한 중력 스트레인을 겪은 은하단 내부 가스가 아니라 대규모 필라멘트에서 유래한 것으로 밝혀졌다. 시뮬레이션은 시스템이 상호작용이 크지 않은 프리머저 상태에 있으며, eROSITA의 직접적인 X선 탐지 결과는 우주망 구조 내에서 순수하고 저오염된 WHIM임을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We investigated the origin and gas properties of a simulated galaxy cluster pair, to connect simulation predictions to the SRG/eROSITA X-ray observations of the Abell 3391/95 field. The simulated system has been extracted from the (352 cMpc/h)^3 volume of the Magneticum Pathfinder cosmological simulations at z=0.07. We tracked back in time the main progenitors of the pair clusters and surrounding groups to study the assembly history of the system and its evolution. Similarly to the observed A3391/95 system, the simulated pair is embedded in a complex network of gas filaments, with structures aligned over more than 20 projected Mpc and the whole region collapsing towards the central overdense node. The spheres of influence (3*R200) of the two main clusters already overlap at z=0.07, but their virial boundaries are still physically separated. The diffuse gas located in the interconnecting bridge closely reflects the WHIM, with typical temperature of ~1 keV and overdensity $\sim 100$, with respect to the mean baryon density of the Universe, and lower enrichment level compared to the ICM in clusters. We find that most of the bridge gas collapsed from directions roughly orthogonal to the intra-cluster gas accretion directions, and its origin is mostly unrelated to the two cluster progenitors. We find clear signatures in the surrounding groups of infall motion towards the pair, such as significant radial velocities and slowdown of gas compared to dark matter. These findings further support the picture of the Northern Clump (MCXC J0621.7-5242) cluster infalling along a cosmic gas filament towards Abell 3391, possibly merging with it. We conclude that, in such a configuration, the pair clusters of the A3391/95-like system are in a pre-merger phase, and did not interact yet. The diffuse gas in the interconnecting bridge is mostly warm filament gas, rather than tidally-stripped cluster gas.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 시뮬레이션을 사용하여 A3391/95 유사 은하단 시스템의 체적 형성력사 및 열역학적 성질을 조사하기.
• A3391과 A3395를 연결하는 상호연결 다리 내 희박한 가스의 기원과 화학적 농도를 규명하기.
• eROSITA의 A3391/95 영역에 대한 직접적인 X선 관측 결과와 시뮬레이션 예측을 비교하여 탐지된 희박한 복사의 성질을 검증하기.
• 다리 가스가 원시적 필라멘트 가스인지, 아니면 간단한 중력 스트레인을 겪은 은하단 내부 매질(ICM)인지 평가하기.

제안 방법

• z = 0.07에서 (352 h⁻¹ cMpc)³ 부피의 Magneticum Pathfinder 천체역학 시뮬레이션에서 은하단 쌍 시스템을 추출하였다.
• 두 은하단의 주요 조상과 주변 군집을 시간 역행으로 추적하여 시스템의 체적 형성력사를 재구성하였다.
• 상호연결 다리 내 희박한 가스의 공간적, 운동학적, 열역학적 성질을 분석하였다.
• 다리 내 가스의 온도, 과밀도(δ), 철 농도를 ICM 및 우주망과 비교하였다.
• 가스와 암흑물질 간의 반경 속도 및 질량중심 이동을 추적하여 주변 군집의 유입 서명을 확인하였다.
• 3차원 속도 및 밀도도를 사용하여 가스 운동이 대규모 필라멘트와 정렬되어 있는지, 유입 역학을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 A3391과 A3395를 연결하는 다리 내 희박한 가스의 기원은 무엇인가요?
• RQ2 다리 가스는 주로 우주 필라멘트에서 유래한 따뜻한-핫 은하간 매질(WHIM)인지, 아니면 간단한 중력 스트레인을 겪은 은하단 내부 매질인가요?
• RQ3 다리 내 희박한 가스의 열역학적 및 화학적 상태는 무엇이며, ICM 및 우주망과 비교해 보면 어떠한가요?
• RQ4 주변 군집은 은하단 쌍으로 향하는 유입 서명을 보이며, 프리머저 구성이 지원되는가요?
• RQ5 시뮬레이션된 A3391/95 시스템의 성질은 eROSITA의 필라멘트 기하학적 구조에 대한 직접적인 X선 관측 결과와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 모의된 A3391/95 유사 시스템은 20 Mpc 이상의 투영 거리를 가진 대규모 우주망에 둘러싸여 있으며, 중심 과밀도 노드를 향해 정렬된 필라멘트 기하학을 가진다.
• 두 주요 은하단은 z = 0.07에서 프리머저 상태에 있으며, 영향권(3 × R200)이 겹치지만 비탈리 경계는 여전히 물리적으로 분리되어 있다.
• 다리 가스는 일반적으로 약 1 keV의 온도와 우주 평균 복사 밀도 대비 과밀도 δ ~100를 가지며, WHIM 성질과 일치한다.
• 은하단의 ICM보다 다리 가스는 크게 낮은 오염도를 보이며, 철 농도는 약 2배 낮아 우주망에서 기원한 순수한 기원을 시사한다.
• 다리 가스의 대부분은 주요 은하단 유입 흐름과 수직인 방향에서 기원하였으며, 두 은하단 조상과는 크게 관련이 없다.
• 주변 군집은 명확한 유입 서명을 보이며: 대류 속도가 유입 방향과 강하게 정렬되어 있고, 가스 속도가 암흑물질 대비 느려지며 질량중심 이동이 관측되어, 필라멘트를 따라 지속적인 유입이 일어나고 있음을 뒷받침한다.