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Centaurus 銀河団におけるプラズマのバルク運動

Centaurus 銀河団におけるプラズマのバルク運動. 2006/11/06 雑誌会 @ サロン 川埜直美. 銀河団. Abell 2199 のイメージ ( 5 kpc x 5 kpc ). ・ 数 100 ~ 数 1000 の銀河の集団. 銀河 : 可視光. 銀河団プラズマ : X 線. ダークマター : X 線、重力レンズ. 可視光. X-ray. ・　宇宙最大の自己重力系. より小規模のシステム（銀河 / 銀河群）が衝突合体して進化. 衝突合体後は ICM が非熱的な状態 になる.

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Centaurus 銀河団におけるプラズマのバルク運動

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Presentation Transcript

  1. Centaurus 銀河団におけるプラズマのバルク運動 2006/11/06 雑誌会@サロン 川埜直美 銀河団 Abell 2199のイメージ (5 kpc x 5 kpc) ・ 数100 ~ 数1000 の銀河の集団 銀河 : 可視光 銀河団プラズマ : X線 ダークマター : X線、重力レンズ 可視光 X-ray ・　宇宙最大の自己重力系 より小規模のシステム（銀河/銀河群）が衝突合体して進化 衝突合体後は ICM が非熱的な状態になる ・ 非一様な ICM 密度、温度 ・ ICM の bulk motion ⇒ simulation : ICM の bulk flow ~ 1000 km/s (several Gyr)

  2. もし ICM 中で bulk motion が起こっていると、 P 重力 全重力質量分布 ⇒ 静水圧平衡を仮定して測定 ICM P+ΔP thermal velocity ≪ bulk velocity 静水圧平衡が成り立たなくなり、非熱的圧力を考慮する必要 X線と重力レンズによる全重力質量の不一致を解決できる (2-3)×MX ~ Mlense bulk motion の有無は、銀河団の dynamics にとって非常に重要

  3. どのようにして調べるか？ A2199 輝線のドップラーシフトを用いる 6.7 keV の Fe-K (He like) Centaurus エネルギーを正確に測定できれば OK Fe-L (CCD でも十分に議論が可能である) Fe-K Suzaku XIS (4 CCD chip XIS0,1,2,3) ・ 55Fe 較正線源によりエネルギーの決定精度が高い ・ background が低く、Fe-K line 付近の感度がよい ⇒ 3つの表面照射型の XIS0,2,3 を用いて解析 ・ ~2’ の空間分解能　⇒ 数10 kpc スケールで議論 55Fe cal source Suzaku XIS は、ICM の bulk motion の検出に有利である

  4. Centaurus 銀河団 A2199 Suzaku 2005/12/27-29 に3度の観測 (中心と中心から南北 8’ ) Centaurus Fe-L ・ 近傍(z=0.0104)にあり、強い Fe 輝線放射 Fe-K 光子統計が良く、小さなスケールで bulk motion の測定が可能 ・ 周辺部で温度マップにムラ (hot spot) offset2 ⇒ merger の痕跡か center ・ Chandra (ASCA) 衛星の観測から bulk motion が見つかっている offset1

  5. Chandra による bulk motion の観測 (Dupke & Bregman 2006) 中心 R+3 R-2 PEAK+ PEAK- 8 arcmin 各領域でスペクトルフィットし、Fe line のピーク位置のズレを測定 (2.3 ± 1.1)×103 km/s @ R-2 ⇔ R+3 bulk velocity gradient (2.9 ± 0.7)×103 km/s @ PEAK- ⇔ PEAK+ CCD chip 間のエネルギースケール違い、その経年変化が考慮されていない 他の観測による cross confirmation が必要

  6. XIS のエネルギー決定精度 center+offset2 1000 km/s の bulk motion の検出するには、 22 eV の輝線シフトを測定しなければいけない (a) peak energy 機上の構成線源 55Fe (Mn Kα : 5.895 keV) center+offset1 ピークは3観測、XIS0,2,3 間で < 0.1 % で一致 (b) 観測領域による peak energy の位置依存性 3観測の overlap した領域を比較 : < 0.1 % (c) ゲインの位置依存性 荷電粒子による放射線損傷により時間的にも変化する Centaurus 観測時期の XIS0,2,3 間のゲインの違い : < 0.2 % XIS エネルギースケールの系統誤差は、±0.13 % (1 sigma) ⇒ ± 10eV, ± 470 km/s

  7. Fe-K 輝線の解析 2.1’×2.1’ (28×28 kpc) の 52 セルに分割し、 各セルでスペクトルフィッティング model : 熱制動放射 + 3 つの gaussian ① He like Fe Kα (6.70 keV) ② H like Fe Kα (6.97 keV) ③ He like Ni Kα (7.80 keV) ＋He like Fe Kβ (7.90 keV) ① asymmetric shape (26 lines) 　　⇒ gaussian でよいか? ② ③ simulation : E0 = 6.677 keV, σ0 = 27.8 eV ≪ Eres~70 eV

  8. フィッティングで得られた peak energy, Eobs を用いて、 bulk line shift : z = (E0-Eobs)/Eobs を各セルで見積もった結果、 52 個のセルで consistent な line shift <Eobs> = 6.6133 ± 0.0162 keV zcluster = 0.0104± 0.002 <zobs> = 0.0097 ± 0.0024 consistent 数分スケールでの bulk motion は見つからなかった

  9. zobs velocity (km/s) ① 0.00933 ± 0.00015 -144 ± 44 ② 441 ± 316 0.0119 ± 0.0011 -306 ± 450 ③ 0.0094 ± 0.0015 sys err ±0.0015 ± 470 large scale bulk motion 3つの領域に分けて、zobsと bulk velocity を見積もると、 ② ① ③ 誤差の範囲内で一致 ⇒ 10’ スケールでの bulk motion もなし 2 2 bulk motion の上限値 : |Δv| < √(σstat + σsys) = 1400 km/s

  10. PEAK- ⇔ PEAK+ R-2 ⇔ R+3 Chandra 2900 ± 700 2400 ± 1000 Suzaku XIS -540 ±360 (660) -660 ± 300 (660) Discussion (a) Chandra で見つかった bulk motion PSF の影響か? Chandra の 90% lower limit の速度差を持たせて simulate PEAK-,+ : Δv = 1700 km/s, R-2,+3 : Δv = 760 km/s XIS +690 km/s +300 km/s (690+960=1650) (300+1020=1320) Chandra の下限と XIS の上限を考えるとぎりぎり consistent といえる Chandra の長時間観測の解析結果を待ちたい

  11. (b) 上限値 : |Δv| < 1400 km/s ICM thermal velocity = sound velocity ~ 880 km/s (3 keV) ∝ (温度)1/2 thermal velocity ~ bulk velocity 全重力質量の推定に与える影響 bulk gas が σr ~ |Δv| / 2 で回転している仮定すると、 (重力) (ICM圧力) (bulk 圧力) f : bulk fraction (0 ≤ f ≤ 1) 2 βr≡ρgas σr/ kT bulk 回転速度 :σr ∝ r (kinetic energy ratio) ICM 密度 : ρgas ∝ r -1 σr < |Δv| / 2 = 700 km/s ⇒ (1+fβr) ≤ 2 σr < |Δv| / 2 sinθ = 1100 km/s ⇒ (1+fβr) ≤ 3.6 全重力質量は静水圧平衡を仮定した場合の 2~3.6 倍以内となる

  12. まとめ ・ Suzaku XIS を用いて、Centaurus 銀河団における bulk velocity を 測定した結果、数分・10分スケールでの bulk 運動は見つからなかった Chandra の結果とは consistent とは言い難い ・ bulk motion の上限値は、静水圧平衡を仮定したときの2~3.6 倍以内の 　全重力質量を示唆している ・ 個人的には、Perseus 銀河団 (明るく高温、温度ムラあり) を用いた bulk motion の解析を楽しみにしている

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