[论文解读] The Extended GMRT Radio Halo Survey

Ruta Kale, T. Venturi+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 68被引用 47

一句话总结

本文展示了扩展GMRT射电晕调查（EGRHS）的最终结果，分析了红移为0.2–0.4的64个X射线选中的星系团，研究弥漫射电源（射电晕、小晕和遗迹）的发生率与性质。利用GMRT 610/235 MHz数据，报告了新发现，包括在RX J2129.6+0005中发现的一个小晕，以及在Z5247、A2552和Z1953中的候选源，同时对1 Mpc尺度晕的31个上限进行了测量。研究发现射电晕的发生率为~22%，小晕为~13%，遗迹为~5%，且形态学相关性显示其与星系团的动力学状态密切相关。

ABSTRACT

The intra-cluster medium contains cosmic rays and magnetic fields that are manifested through the large scale synchrotron sources, termed radio haloes, relics, and mini-haloes. The Extended Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) Radio Halo Survey (EGRHS) is an extension of the GMRT Radio Halo Survey (GRHS) designed to search for radio haloes using GMRT 610/235 MHz observations. The GRHS and EGRHS consists of 64 clusters in the redshift range 0.2−0.4 that have an X-ray luminosity larger than 5 × 1044 erg s-1 in the 0.1−2.4 keV band and declination, δ > −31° in the REFLEX and eBCS X-ray cluster catalogues. In this second paper in the series, GMRT 610/235 MHz data on the last batch of 11 galaxy clusters and the statistical analysis of the full sample are presented. A new mini-halo in RX J2129.6+0005 and candidate diffuse sources in Z5247, A2552, and Z1953 have been discovered. A unique feature of this survey are the upper limits on the detections of 1 Mpc sized radio haloes; 4 new are presented here, making a total of 31 in the survey. Of the sample, 58 clusters with adequately sensitive radio information were used to obtain the most accurate occurrence fractions so far. The occurrence fractions of radio haloes, mini-haloes and relics in our sample are ~22%, ~16% and ~5%, respectively. The P1.4 GHz−LX diagrams for the radio haloes and mini-haloes are presented. The morphological estimators – centroid shift (w), concentration parameter (c), and power ratios (P3/P0) derived from the Chandra X-ray images – are used as proxies for the dynamical states of the GRHS and EGRHS clusters. The clusters with radio haloes and mini-haloes occupy distinct quadrants in the c−w, c−P3/P0 and w−P3/P0 planes, corresponding to the more and less morphological disturbance, respectively. The non-detections span both the quadrants.

研究动机与目标

• 通过更深度、低频的观测扩展GMRT射电晕调查（GRHS），以提高对星系团中弥漫射电源发生率的统计约束。
• 在红移为0.2–0.4的大型X射线选中星系团样本中，识别并表征新的射电晕、小晕和遗迹。
• 结合检测结果与上限数据，量化射电晕、小晕和遗迹的发生率，评估其与星系团动力学状态的依赖关系。
• 将射电源性质与X射线形态学估计量（质心偏移、集中度、功率比）相关联，以探究星系团动力学与宇宙射线加速之间的联系。

提出的方法

• 获取了EGRHS样本中最后11个星系团的GMRT 610 MHz和235 MHz观测数据，实现了深度、高分辨率的射电成像。
• 利用钱德拉X射线图像计算形态学估计量：质心偏移（w）、集中度参数（c）和功率比（P3/P0），作为星系团动力学状态的代理指标。
• 应用谱标度（使用α = 1.3）估算在缺乏直接测量时的1.4 GHz射电光度。
• 利用噪声图和源拟合技术计算1 Mpc尺度射电晕的上限，全样本共获得31个上限。
• 构建包含检测结果与上限的P1.4GHz–LX图，以评估射电–X射线关系。
• 基于形态学与谱指数对源进行分类：晕（α ≥ 1）、小晕（中心区域，~若干100 kpc）、遗迹（拉长、外围区域）以及超陡谱候选体。

实验结果

研究问题

• RQ1 在统计上可靠、X射线选中的64个星系团样本中，射电晕、小晕和遗迹的发生率是多少？
• RQ2 从钱德拉X射线图像中提取的形态学估计量（w、c、P3/P0）与弥漫射电源的存在之间有何相关性？
• RQ3 对1 Mpc尺度射电晕的上限具有何种意义？它们如何约束真实的发生率？
• RQ4 射电晕和小晕是否在形态学参数平面中占据不同的区域，表明其具有不同的动力学触发机制？
• RQ5 包含上限的P1.4GHz–LX图如何反映射电明亮与射电安静星系团的双峰分布特征？

主要发现

• 在X射线选中的样本中，射电晕的发生率为~22%，基于在58个具有足够射电灵敏度的星系团中检测到13个。
• 小晕的发生率为~13%（58个星系团中8个），并在RX J2129.6+0005中发现了一个新小晕。
• 遗迹的发生率为~5%（58个星系团中3个），在Z5247、A2552和Z1953中识别出候选源。
• 拥有射电晕和小晕的星系团在c–w、c–P3/P0和w–P3/P0形态学平面中占据不同且不重叠的区域，表明其具有不同的动力学状态。
• 全样本包含31个对1 Mpc尺度射电晕的上限，显著增强了对真实发生率的统计约束力。
• 包含检测结果与上限的P1.4GHz–LX图确认了射电明亮与射电安静星系团的双峰分布，且射电晕与小晕位于不同的序列上。