[论文解读] The eROSITA view of the Abell 3391/95 field: a case study from the Magneticum cosmological simulation

Veronica Biffi, Klaus Dolag+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用 29

一句话总结

本研究利用Magneticum Pathfinder宇宙学模拟对A3391/95星系团对及其连接的气体丝状结构进行建模，揭示弥漫桥接气体主要为温度约1 keV、密度超限δ ~100的暖热星际介质（WHIM），其起源于大尺度丝状结构而非潮汐剥离的星系团气体。模拟证实该系统处于前并合阶段，无显著相互作用，支持eROSITA对丝状结构的直接X射线探测结果，表明其为原始、低富集度的WHIM，存在于宇宙网结构中。

ABSTRACT

We investigated the origin and gas properties of a simulated galaxy cluster pair, to connect simulation predictions to the SRG/eROSITA X-ray observations of the Abell 3391/95 field. The simulated system has been extracted from the (352 cMpc/h)^3 volume of the Magneticum Pathfinder cosmological simulations at z=0.07. We tracked back in time the main progenitors of the pair clusters and surrounding groups to study the assembly history of the system and its evolution. Similarly to the observed A3391/95 system, the simulated pair is embedded in a complex network of gas filaments, with structures aligned over more than 20 projected Mpc and the whole region collapsing towards the central overdense node. The spheres of influence (3*R200) of the two main clusters already overlap at z=0.07, but their virial boundaries are still physically separated. The diffuse gas located in the interconnecting bridge closely reflects the WHIM, with typical temperature of ~1 keV and overdensity $\sim 100$, with respect to the mean baryon density of the Universe, and lower enrichment level compared to the ICM in clusters. We find that most of the bridge gas collapsed from directions roughly orthogonal to the intra-cluster gas accretion directions, and its origin is mostly unrelated to the two cluster progenitors. We find clear signatures in the surrounding groups of infall motion towards the pair, such as significant radial velocities and slowdown of gas compared to dark matter. These findings further support the picture of the Northern Clump (MCXC J0621.7-5242) cluster infalling along a cosmic gas filament towards Abell 3391, possibly merging with it. We conclude that, in such a configuration, the pair clusters of the A3391/95-like system are in a pre-merger phase, and did not interact yet. The diffuse gas in the interconnecting bridge is mostly warm filament gas, rather than tidally-stripped cluster gas.

研究动机与目标

• 利用宇宙学模拟研究类A3391/95星系团系统的并合历史与热力学性质。
• 确定连接A3391与A3395的星系间桥接中弥漫气体的起源及其化学富集程度。
• 将模拟预测与eROSITA对A3391/95区域的直接X射线观测结果进行比较，以验证所探测到的弥漫辐射的本质。
• 评估桥接气体是否为原始丝状气体，而非潮汐剥离的星系团内介质（ICM）。

提出的方法

• 从Magneticum Pathfinder宇宙学模拟的(352 h⁻¹ cMpc)³体积中提取z = 0.07时的星系团对系统。
• 追溯两个星系团及其周围集团的主要前身体，以重建系统的并合历史。
• 分析星系间桥接及周围丝状结构中弥漫气体的空间、运动学与热力学性质。
• 将桥接气体的温度、密度超限（δ）与铁丰度与ICM及宇宙网中的气体进行比较。
• 追踪气体与暗物质之间的径向速度及质心位移，以识别周围集团的吸积特征。
• 利用三维速度场与密度场图，识别气体运动与大尺度丝状结构的对齐关系，并评估吸积动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 连接A3391与A3395的星系间桥接中弥漫气体的起源是什么？
• RQ2 桥接气体主要是来自宇宙丝状结构的暖热星际介质（WHIM）还是潮汐剥离的星系团内介质？
• RQ3 桥接中弥漫气体的热力学与化学状态如何？其与ICM及宇宙网相比有何差异？
• RQ4 周围集团是否表现出向星系团对的运动学吸积特征，从而支持前并合构型？
• RQ5 模拟得到的A3391/95系统属性与eROSITA对丝状结构的直接X射线观测结果如何对比？

主要发现

• 模拟的类A3391/95系统嵌入于一个大尺度宇宙网中，丝状结构延伸超过20 Mpc的投影距离，对准一个中心高密度节点。
• 在z = 0.07时，两个主要星系团处于前并合阶段，其影响球（3 × R200）相互重叠，但动力学边界仍物理分离。
• 桥接气体的典型温度约为1 keV，相对于宇宙平均重子密度的密度超限δ ~100，与WHIM特性一致。
• 桥接气体的富集程度显著低于星系团中的ICM，铁丰度低约2倍，表明其起源于宇宙网的原始气体。
• 大部分桥接气体起源于与主星系团吸积流垂直的方向，其起源与两个星系团前身体基本无关。
• 周围集团表现出明显的吸积特征：整体速度与吸积方向高度对齐，气体速度相对于暗物质减慢，质心发生位移，支持沿丝状结构持续吸积。