[论文解读] A high-resolution view of the filament of gas between Abell 399 and Abell 401 from the Atacama Cosmology Telescope and MUSTANG-2

Adam D. Hincks, Federico Radiconi+44 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 101被引用 36

一句话总结

本研究利用阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）和MUSTANG-2接收机的高灵敏度数据，首次实现了对星系团阿贝尔399与阿贝尔401之间热气体丝状结构的高分辨率探测。该探测在5σ显著性水平下确认了质量为3.3 ± 0.7 × 10¹⁴ M⊙的气体桥，揭示其横向宽度约为1.9 Mpc，视线倾角约为17°，暗示其真实分离距离约为11 Mpc，气体密度为(0.88 ± 0.24) × 10⁻⁴ cm⁻³，与暖热星系际介质（WHIM）一致。

ABSTRACT

We report a significant detection of the hot intergalactic medium in the filamentary bridge connecting the galaxy clusters Abell 399 and Abell 401. This result is enabled by a low-noise, high-resolution map of the thermal Sunyaev-Zeldovich signal from the Atacama Cosmology Telescope (ACT) and Planck satellite. The ACT data provide the $1.65'$ resolution that allows us to clearly separate the profiles of the clusters, whose centres are separated by $37'$, from the gas associated with the filament. A model that fits for only the two clusters is ruled out compared to one that includes a bridge component at $>5\sigma$. Using a gas temperature determined from Suzaku X-ray data, we infer a total mass of $(3.3\pm0.7) imes10^{14}\,\mathrm{M}_{\odot}$ associated with the filament, comprising about $8\%$ of the entire Abell 399-Abell 401 system. We fit two phenomenological models to the filamentary structure; the favoured model has a width transverse to the axis joining the clusters of ${\sim}1.9\,\mathrm{Mpc}$. When combined with the Suzaku data, we find a gas density of $(0.88\pm0.24) imes10^{-4}\,\mathrm{cm}^{-3}$, considerably lower than previously reported. We show that this can be fully explained by a geometry in which the axis joining Abell 399 and Abell 401 has a large component along the line of sight, such that the distance between the clusters is significantly greater than the $3.2\,\mathrm{Mpc}$ projected separation on the plane of the sky. Finally, we present initial results from higher resolution ($12.7"$ effective) imaging of the bridge with the MUSTANG-2 receiver on the Green Bank Telescope.

研究动机与目标

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• 直接成像并表征连接阿贝尔399与阿贝尔401的热星系际介质丝状结构。
• 利用多波段数据确定丝状结构的物理属性，包括其质量、宽度和几何形态。
• 检验该丝状结构的形态与动力学是否与前并合星系团系统一致。

提出的方法

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• 利用阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）提供的高分辨率（1.65′）热萨克斯-泽尔多维奇效应（tSZ）图谱，解析星系团轮廓并探测丝状结构。
• 将ACT的tSZ数据与Suzaku X射线测量结果结合，约束气体温度并推断总质量。
• 对丝状结构的径向分布拟合经验模型（如尖顶模型）以估算横向宽度与几何形态。
• 利用MUSTANG-2 12.7′′分辨率成像探测桥接区域的小尺度压力亚结构与湍流。
• 采用贝叶斯推断与嵌套采样方法（emcee）将星系团与丝状结构模型拟合至观测数据。
• 结合基于HEALPix的天幕映射与HEALPy工具进行数据分析与可视化。

实验结果

研究问题

• RQ1 .
• RQ2 连接阿贝尔399与阿贝尔401的热气体丝状结构的总质量和空间范围是多少？
• RQ3 观测信号是否与丝状结构一致，还是仅由星系团发射的投影叠加造成？
• RQ4 该丝状结构的真实几何形态如何，特别是其相对于视线方向的取向如何？
• RQ5 测量得到的气体密度与暖热星系际介质（WHIM）的预期值相比如何？
• RQ6 在两星系团之间探测到的射电发射脊的性质是什么，是否与湍流或激波一致？

主要发现

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• 该丝状结构在>5σ显著性水平下被探测到，总质量为(3.3 ± 0.7) × 10¹⁴ M⊙，约占整个系统质量的8%。
• 该丝状结构的横向宽度约为1.9 Mpc，显著窄于其在天球上投影的3.2 Mpc分离距离。
• 测得的气体密度为(0.88 ± 0.24) × 10⁻⁴ cm⁻³，远低于以往估计值。
• 视线倾角估计约为17°，暗示其真实物理分离距离约为11 Mpc，而非投影距离的3.2 Mpc。
• MUSTANG-2数据未显示显著的压力亚结构，但探测到与丝状结构中低水平湍流一致的过量信号。
• 该系统为引力束缚系统，星系团质量与速度分布与前并合状态一致。