[论文解读] The NuSTAR, XMM-Newton, and Suzaku View of A3395 at the Intercluster Filament Interface

Ayşegül Tümer, Daniel R. Wik+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 66被引用 1

一句话总结

本研究结合NuSTAR、XMM-Newton和Suzaku的X射线观测，调查星系团A3395与星系间丝状结构之间的界面。作者开发了一种新颖的技术以校正NuSTAR数据中的散射光污染，未发现冲击加热等离子体的证据；相反，该界面表现出低温、高密度和低熵，表明在早期并合阶段，湍流或潮汐力驱动了活跃的辐射冷却。

ABSTRACT

Galaxy clusters are the largest virialized objects in the universe. Their merger dynamics and their interactions with the cosmic filaments that connect them are important for our understanding of the formation of large-scale structure. In addition, cosmic filaments are thought to possess the missing baryons in the universe. Studying the interaction of galaxy clusters and filaments therefore has the potential to unveil the origin of the baryons and the physical processes that occur during merger stages of galaxy clusters. In this paper, we study the connection between A3395 and the intercluster filament with NuSTAR, XMM-Newton, and Suzaku data. Since the NuSTAR observation is moderately contaminated by scattered light, we present a novel technique developed for disentangling this background from the emission from the intracluster medium. We find that the interface of the cluster and the intercluster filament connecting A3395 and A3391 does not show any signs of heated plasma, as was previously thought. This interface has low temperature, high density, and low entropy, thus we suggest that the gas is cooling, being enhanced by the turbulent or tidal "weather" driven during the early stage of the merger. Furthermore, our temperature results from the NuSTAR data are in agreement with those from XMM-Newton and from joint NuSTAR and XMM-Newton analysis for a region with similar to 25% scattered light contamination within 1 sigma. We show that the temperature constraint of the intracluster medium is valid even when the data are contaminated up to similar to 25% for similar to 5 keV cluster emission.

研究动机与目标

• 调查星系团A3395与星系间丝状结构界面处的物理条件。
• 解决NuSTAR观测中散射光污染的问题，该问题可能偏差星系间介质（ICM）的光谱分析。
• 确定界面区域是否表现出冲击加热的迹象，因为先前的研究存在相互矛盾的解释。
• 通过联合分析XMM-Newton和Suzaku数据，验证在中等污染水平下NuSTAR数据的温度测量结果。

提出的方法

• 获取了NuSTAR（125 ks）、XMM-Newton和Suzaku的深X射线观测，以研究A3395-丝状结构界面。
• 开发了一种新颖的光谱拟合技术，以从NuSTAR数据中分离出散射光背景与真实的ICM发射。
• 对NuSTAR和XMM-Newton数据进行联合光谱拟合，以提高信噪比，并在存在污染的情况下约束温度。
• 采用空间分辨光谱分析，测量A、B和C三个区域在星系团-丝状结构界面附近的温度、密度和熵。
• 应用标准X射线光谱模型（如APEC）拟合观测光谱，结合仪器响应函数和背景建模。
• 通过在不同污染水平下比较仅使用NuSTAR、仅使用XMM-Newton以及联合使用NuSTAR-XMM-Newton的分析结果，验证温度测量结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 A3395与星系间丝状结构之间的界面是否表现出如先前所建议的冲击加热等离子体的迹象？
• RQ2 NuSTAR数据中的散射光污染在多大程度上会影响ICM温度测量的准确性？
• RQ3 A3395-丝状结构界面处气体的热力学性质（温度、密度、熵）是什么？它们对所发生物理过程有何含义？
• RQ4 观测到的气体行为是否与A3395早期并合阶段的冷却、湍流或潮汐力一致？

主要发现

• A3395与星系间丝状结构之间的界面未表现出冲击加热等离子体的证据；相反，其表现出低温、高密度和低熵，表明存在活跃的辐射冷却。
• 即使散射光污染达到约25%，仅使用NuSTAR数据得到的温度与XMM-Newton以及联合使用NuSTAR-XMM-Newton的分析结果在1σ范围内一致。
• 作者证明，只要应用适当的背景建模，ICM温度测量在NuSTAR数据中散射光污染高达约25%时仍保持有效。
• 观测到的低熵值低于半径超过0.5 R200处的预期值，甚至低于典型冷核星系团中的值，表明存在强烈的冷却趋势。
• 结果支持一种情景：ICM气体正被潮汐力或湍流驱动进入丝状结构，导致局部冷却，类似于星系团核心区域的多相凝聚现象。
• 本研究提供了一种经过验证的校正NuSTAR数据中散射光污染的方法，可应用于未来对高红移或扩展ICM区域的观测。