[论文解读] ATCA observations of the galaxy cluster Abell 3921 - I. Radio emission from the central merging sub-clusters

C. Ferrari, R. W. Hunstead+3 more|ArXiv.org|Jul 6, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 52被引用 9

一句话总结

本研究对红移 z=0.094 的并合星系团 Abell 3921 进行了 ATCA 13 和 22 cm 射电观测，探测到 17 个射电源，其中包括与第二亮星系团星系（BG2）相关联的窄角尾（NAT）射电星系。在星暴星系和后星暴星系中未检测到射电辐射，证实其恒星形成率较低且处于活动后状态；而 NAT 源表明在星系团并合过程中正在进行激波剥离，将射电形态与星系团核心的动力学过程联系起来。

ABSTRACT

We present the analysis of our 13 and 22 cm ATCA observations of the central region of the merging galaxy cluster A3921 (z=0.094). We investigated the effects of the major merger between two sub-clusters on the star formation (SF) and radio emission properties of the confirmed cluster members. The origin of SF and the nature of radio emission in cluster galaxies was investigated by comparing their radio, optical and X-ray properties. We also compared the radio source counts and the percentage of detected radio galaxies with literature data. We detected 17 radio sources above the flux density limit of 0.25 mJy/beam in the central field of A3921, among which 7 are cluster members. 9 galaxies with star-forming optical spectra were observed in the collision region of the merging sub-clusters. They were not detected at radio wavelengths, giving upper limits for their star formation rate significantly lower than those typically found in late-type, field galaxies. Most of these star-forming objects are therefore really located in the high density part of the cluster, and they are not infalling field objects seen in projection at the cluster centre. Their SF episode is probably related to the cluster collision that we observe in its very central phase. None of the galaxies with post-starburst optical spectra was detected down our 2$σ$ flux density limit, confirming that they are post-starburst and not dusty star-forming objects. We finally detected a narrow-angle tail (NAT) source associated with the second brightest cluster galaxy (BG2), whose diffuse component is a partly detached pair of tails from an earlier period of activity of the BG2 galaxy.

研究动机与目标

• 研究 Abell 3921 中两个子团并合对星系团星系中恒星形成与射电辐射的影响。
• 确定星系团中心的星暴星系和后星暴星系是否为真实的星系团成员，还是投影的场域星系。
• 在星系团并合动力学的背景下，分析射电辐射的性质与起源，特别是特殊源 SUMSS J224857-642059。
• 将射电源数量与性质与文献数据对比，评估低红移星系团中环境对射电明亮 AGN 的影响。

提出的方法

• 在以 Abell 3921 为中心的 18×15 arcmin² 区域内，利用澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）进行 13 和 22 cm 观测。
• 识别出射电通量密度高于 0.25 mJy/beam 的射电源，并与光学和 X 射线数据进行交叉匹配。
• 分析星系的光谱能量分布及光学分类（星暴、后星暴/k+a），以评估其恒星形成状态。
• 测量谱指数与偏振特性，以推断射电辐射的物理起源，特别是 NAT 源 R5 的特性。
• 利用 XMM-Newton 的 X 射线数据绘制星系团内介质（ICM）的密度与压力分布，与射电形态关联。
• 将星系团的射电光度函数（RLF）与源数密度与其它低红移星系团进行比较，评估环境效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 Abell 3921 中的并合过程是否增强或抑制星系团星系中的恒星形成？
• RQ2 星系团中心观测到的星暴星系是否为真实星系团成员，还是正在落入的场域螺旋星系？
• RQ3 与 BG2 相关的窄角尾（NAT）射电源的起源是什么？其与星系团并合有何关联？
• RQ4 Abell 3921 中早期型星系的射电特性与其它低红移星系团中的相比如何？
• RQ5 后星暴（k+a）星系中的射电辐射是否与持续恒星形成一致，还是与后星暴阶段一致？

主要发现

• 在中心并合区域的九个星暴星系在射电波段未被探测到，其恒星形成率上限显著低于典型场域螺旋星系，证实其为真实星系团成员，且恒星形成受到抑制。
• 星系团中所有后星暴（k+a）星系在 2σ 通量密度极限下均未被探测到，证实其并非尘埃遮蔽的星暴星系，而处于恒星形成后的阶段。
• 射电源 SUMSS J224857-642059（R5）被确认为与 BG2 相关的窄角尾（NAT）源，其在 1.344 GHz 处的总射电功率为 log(P/W/Hz) = 24.0。
• R5 的扩展射电发射主要由一端扩散、谱指数较陡的尾部（α ≈ -2.6 至 -3.5）主导，其延伸成分与核心的通量密度比约为 18:1，表明其为过去活跃期产生的‘消亡’尾部。
• NW 尾部成分表现出强偏振及较平坦的谱指数，表明在激波剥离过程中与密度更高的 ICM 区域相互作用，导致磁场压缩。
• Abell 3921 中早期型星系的射电光度函数与一般星系团 RLF 一致，表明在并合初期阶段，射电明亮 AGN 活动未出现显著增强。