[论文解读] ICM cooling, AGN feedback and BCG properties of galaxy groups-Five properties where groups differ from clusters

V. Bharadwaj, T. H. Reiprich+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 93被引用 15

一句话总结

本研究利用钱德拉X射线望远镜数据对26个星系群进行分析，比较其中星系团内介质（ICM）冷却、活动星系核（AGN）反馈以及星系群中心星系（BCG）性质与星系团的异同。研究发现关键差异：星系群中冷却时间与射电光度之间无相关性，尽管冷却时间较短，但AGN射电输出较低，且BCG光度与星系群质量/X射线光度之间的标度关系较弱——表明恒星形成可能使冷却气体偏离供给中心黑洞，挑战了星系群是星系团缩小版的观点。

ABSTRACT

Using Chandra data for a sample of 26 galaxy groups, we constrained the central cooling times (CCTs) of the ICM and classified the groups as strong cool-core (SCC), weak cool-core (WCC) and non-cool-core (NCC) based on their CCTs. The total radio luminosity of the brightest cluster galaxy (BCG) was obtained using radio catalog data and literature, which was compared to the CCT to understand the link between gas cooling and radio output. We determined K-band luminosities of the BCG with 2MASS data, and used it to constrain the masses of the SMBH, which were then compared to the radio output. We also tested for correlations between the BCG luminosity and the overall X-ray luminosity and mass of the group. The observed cool-core/non-cool-core fractions for groups are comparable to those of clusters. However, notable differences are seen. For clusters, all SCCs have a central temperature drop, but for groups, this is not the case as some SCCs have centrally rising temperature profiles. While for the cluster sample, all SCC clusters have a central radio source as opposed to only 45% of the NCCs, for the group sample, all NCC groups have a central radio source as opposed to 77% of the SCC groups. For clusters, there are indications of an anticorrelation trend between radio luminosity and CCT which is absent for the groups. Indications of a trend of radio luminosity with black hole mass observed in SCC clusters is absent for groups. The strong correlation observed between the BCG luminosity and the cluster X-ray luminosity/cluster mass weakens significantly for groups. We conclude that there are important differences between clusters and groups within the ICM cooling/AGN feedback paradigm.

研究动机与目标

• 研究星系群中ICM冷却与AGN反馈与星系团的差异。
• 考察恒星形成在星系群中如何使冷却气体偏离供给中心超大质量黑洞的作用。
• 检验BCG光度与星系群全局性质（X射线光度、质量）之间标度关系在星系群尺度是否成立。
• 评估中心冷却时间（CCT）、BCG射电光度与黑洞质量在星系群中的关联性。
• 判断星系群是否遵循与星系团相同的自调节AGN反馈机制。

提出的方法

• 利用钱德拉X射线数据测量中心冷却时间（CCT），并将星系群分类为强冷却核心（SCC）、弱冷却核心（WCC）或非冷却核心（NCC）。
• 从射电星表和文献中获取BCG的总射电光度，与ICM冷却时间进行比较。
• 利用2MASS数据测量BCG的K波段光度，并应用标度关系估算超大质量黑洞质量。
• 检验BCG光度与星系群X射线光度及质量（M500）之间的相关性，与星系团标度关系进行对比。
• 分析温度剖面以评估中心温度下降情况，并与冷却时间进行对比。
• 评估具有中心射电源（CRS）的星系群比例随CCT的变化情况，与星系团趋势进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系群是否表现出与星系团相同的ICM冷却时间与AGN射电光度之间的相关性？
• RQ2 与星系团相比，星系群中中心射电源的存在与其冷却核心状态有何关联？
• RQ3 星系群中BCG光度与星系群X射线光度或质量之间是否存在与星系团中观察到的相关性？
• RQ4 为何一些强冷却核心星系群缺乏中心射电源，而星系团中所有SCC星系团均拥有中心射电源？
• RQ5 星系群中BCG的恒星形成在多大程度上使冷却气体偏离供给中心黑洞？

主要发现

• 23%的中心冷却时间≤1 Gyr的星系群未表现出中心温度下降，提示可能存在过去再加热或遗迹星系群特征。
• 与星系团不同，星系群中中心冷却时间与中心射电源的射电光度之间无相关性，表明反馈机制不同。
• 仅45%的非冷却核心星系群缺乏中心射电源，而77%的强冷却核心星系群拥有中心射电源——与星系团趋势相反，星系团中所有SCC星系团均拥有CRS。
• 星系群中SCC星系团未表现出射电光度与黑洞质量之间的相关性，表明AGN反馈在星系群中较弱。
• BCG光度与星系群X射线光度或质量之间的强相关性在星系群中显著减弱，大多数星系群BCG的光度高于星系团标度关系的预测值。
• 作者推测，BCG中的恒星形成可能是星系群中冷却气体的主要汇宿，从而减少供给中心黑洞的燃料，解释了尽管冷却时间短但射电光度较低的现象。