[论文解读] On the Origin of Diffuse Radio Emission in Abell 85 -- Insights from new GMRT Observations

Majidul Rahaman, Ramij Raja+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 60被引用 9

一句话总结

本研究基于阿贝尓85的新型高分辨率325 MHz GMRT射电观测，揭示了一种植绒状、纤维状的射电幽灵结构，该结构与弓形激波相关。通过X射线温度图和自动激波探测器，作者确认在幽灵位置存在一个低马赫数激波（M ≈ 1.3），且X射线与射电数据得出的马赫数一致，支持射电幽灵起源于合并激波压缩化石等离子体的形成机制。

ABSTRACT

Extended, steep, and ultra-steep spectrum radio emission in a galaxy cluster is usually associated with recent mergers. Simulations show that radio phoenixes are aged radio galaxy lobes whose emission reactivates when a low Mach shock compresses it. A85 hosts a textbook example of a radio phoenix at about 320 kpc southwest of the cluster center. We present a new high resolution 325 MHz GMRT radio map illustrating this radio phoenix's complex and filamentary structure. The full extent of the radio structure is revealed for the first time from these radio images of A85. Using archival extit{Chandra} X-ray observations, we applied an automated 2-D shock finder to the X-ray surface brightness and Adaptive Circular Binning (ACB) temperature maps which confirmed a bow shock at the location of the radio phoenix. We also compared the Mach number from the X-ray data with the radio-derived Mach number in the same region using multi-frequency radio observations and find that they are consistent within the 1$\sigma$ error level.

研究动机与目标

• 调查阿贝尓85中弥漫射电发射的起源，特别是位于星系团中心西南320 kpc处的射电幽灵。
• 确定射电幽灵是否由合并激波压缩化石相对论性等离子体所触发。
• 检验通过X射线激波探测与射电谱分析得出的马赫数之间的一致性。
• 考察气体对流与非中心活动星系核在塑造射电幽灵形态中的作用。
• 利用自适应圆形分箱（ACB）技术生成ICM的高保真温度图，以揭示热力学亚结构。

提出的方法

• 使用CIAO和CALDB重新处理五组档案Chandra ACIS-I X射线观测数据，应用CTI修正并利用光 light曲线 和空白天空数据进行背景过滤。
• 应用自适应圆形分箱（ACB）方法，基于X射线表面亮度和谱数据生成高分辨率温度图。
• 在ACB平滑处理后的X射线温度图与表面亮度图上应用自动二维激波探测器，以检测并定位激波前沿。
• 获取新的325 MHz GMRT观测数据，并与1.4 GHz VLA数据结合，生成具有亚角秒分辨率的高动态范围射电图像。
• 利用多频段数据测量幽灵区域的射电谱，以推导出射电衍生的马赫数。
• 将X射线推导出的激波马赫数与射电推导出的马赫数进行比较，以检验其一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 阿贝尓85中的射电幽灵是否由合并激波压缩化石等离子体引起？
• RQ2 与射电幽灵相关的激波马赫数是多少？该值在X射线与射电诊断中是否一致？
• RQ3 射电幽灵复杂的纤维状形态如何与周围ICM结构和动力学相关联？
• RQ4 气体对流或非中心活动星系核（AGN）活动是否可能对射电幽灵的形成有所贡献？
• RQ5 先前存在的相对论性电子在塑造观测到的射电发射中起什么作用？

主要发现

• 新的325 MHz GMRT图像揭示了迄今为止阿贝尓85射电幽灵最详细的纤维状结构，分辨率达10"×9"，且噪声特性得到改善。
• 在ACB平滑处理后的X射线温度图与表面亮度图上应用自动激波探测器，确认在射电幽灵位置存在一个弓形激波，其马赫数为M ≈ 1.3。
• 由X射线激波推导出的马赫数（M ≈ 1.3）与由射电推导出的马赫数（M ≈ 1.3）在1σ误差范围内一致，支持激波压缩模型。
• 射电幽灵表现出极陡谱特性及复杂的纤维状形态，与模拟中化石等离子体被激波重新激活的预测一致。
• 仅在325 MHz波段探测到一个具有极陡谱的窄角尾（NAT）星系，表明在低频波段存在高能电子老化或谱陡化现象。
• 在325 MHz与1.4 GHz波段均可见一个明亮的有尾射电星系（TRG），其长尾仅在低频波段被解析，暗示谱陡化或波束展宽效应。