[论文解读] GMRT Radio Halo Survey in galaxy clusters at z = 0.2 -- 0.4. II.The eBCS clusters and analysis of the complete sample

T. Venturi, S. Giacintucci+5 more|ArXiv.org|Mar 28, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 53被引用 111

一句话总结

本研究对红移 z = 0.2–0.4 范围内的50个大质量星系团完成了GMRT巡天，检测到10个星系团存在射电宽晕，并为另外20个星系团建立了射电宽晕功率的严格上限。结果表明，巨幅射电宽晕极为罕见，且与星系团的动力学活动强烈相关，支持再加速模型而非次级电子模型。

ABSTRACT

We present the results of the GMRT cluster radio halo survey. The main purposes of our observational project are to measure which fraction of massive galaxy clusters in the redshift range z=0.2--0.4 hosts a radio halo, and to constrain the expectations of the particle re--acceleration model for the origin of the non--thermal radio emission. We selected a complete sample of 50 clusters in the X-ray band from the REFLEX (27) and the eBCS (23) catalogues. In this paper we present Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) observations at 610 MHz for all clusters still lacking high sensitivity radio information, i.e. 16 eBCS and 7 REFLEX clusters, thus completing the radio information for the whole sample. The typical sensitivity in our images is in the range 1$σ\sim 35-100 μ$Jy b$^{-1}$. We found a radio halo in A697, a diffuse peripheral source of unclear nature in A781, a core--halo source in Z7160, a candidate radio halo in A1682 and ``suspect'' central emission in Z2661. Including the literature information, a total of 10 clusters in the sample host a radio halo. A very important result of our work is that 25 out of the 34 clusters observed with the GMRT do not host extended central emission at the sensitivity level of our observations, and for 20 of them firm upper limits to the radio power of a giant radio halo were derived. The GMRT Radio Halo Survey shows that radio halos are not common, and our findings on the fraction of giant radio halos in massive clusters are consistent with the statistical expectations based on the re--acceleration model. Our results favour primary to secondary electron models.

研究动机与目标

• 测量红移范围 z = 0.2–0.4 内拥有巨幅射电宽晕的大质量星系团的比例。
• 检验粒子再加速模型对星系团中弥散射电发射起源的预测。
• 约束射电宽晕光度函数，并评估星系团并合活动在宽晕形成中的作用。
• 为未检测到的星系团建立射电宽晕功率的严格上限，从而改善对宽晕出现率的统计约束。
• 研究射电宽晕的存在性与星系团X射线光度或动力学状态之间的相关性。

提出的方法

• 从REFLEX和eBCS X射线星表中选取了50个星系团的完整样本，其红移 z = 0.2–0.4，质量 > 10^15 M⊙。
• 对其中23个星系团（16个eBCS，7个REFLEX）进行了高灵敏度GMRT观测，中心频率为610 MHz，这些星系团此前缺乏深度射电数据。
• 达到典型图像灵敏度为35–100 μJy beam⁻¹，可探测到表面亮度较低的弥散射电发射。
• 将新获得的GMRT数据与档案中的VLA观测数据及文献数据结合，实现100%样本覆盖。
• 进行X射线/射电联合分析，将弥散射电发射与星系团的动力学状态及X射线光度相关联。
• 利用3σ噪声水平及星系团X射线光度作为参考，计算未检测到星系团的射电功率上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z = 0.2–0.4 范围内的大质量星系团中，有多少比例拥有巨幅射电宽晕？
• RQ2 射电宽晕的存在是否与星系团的动力学活动（如正在进行的并合）相关？
• RQ3 观测到的射电宽晕特性是否支持再加速模型而非次级电子模型？
• RQ4 射电宽晕功率的上限如何约束在平静星系团中宽晕的统计出现率？
• RQ5 在中等红移星系团样本中，射电宽晕的出现是否与X射线光度相关？

主要发现

• 样本中共有10个星系团拥有射电宽晕，包括4个确认的宽晕、3个遗迹源和1个核心-宽晕源，另有候选源被识别。
• 在34个接受GMRT观测的星系团中，有25个未显示任何扩展的中心射电发射，表明射电宽晕在大质量星系团中并不常见。
• 为20个星系团建立了射电宽晕功率的严格上限，其上限显著低于已知宽晕的 P₁.₄GHz–Lₓ 相关关系。
• 射电宽晕比例为 f_RH = 29 ± 9%，在高X射线光度星系团中（L_X > 8×10⁴⁴ erg s⁻¹）上升至 f_RH = 38 ± 13%。
• 所有具有弥散射电发射的星系团均表现出动力学活动的迹象，而所有平静星系团均未发现弥散发射。
• 观测到的双峰分布——仅在扰动星系团中存在宽晕，而平静星系团中具有强上限——强烈支持再加速模型而非次级电子模型。