Intracluster Medium reheating by relativistic jets
星系喷流是重新加热星系团内部介质的强大能量源。它们在宇宙之谜中的关键作用是由观测激发的,已经通过大量的数值模拟建立起来,这些模拟忽略了这些喷流的相对论性质。我们提出了第一个相对论模拟非常长期的现实银河系喷流的演变。出乎意料的是,我们的结果显示没有浮力气泡,但大茧区与所观察到的X射线腔兼容。再加热比以前的方案更有效,更快,它是由喷流驱动的冲击波产生的,它存活了几百万年。因此,由强大的相对论喷流产生的星团中的X射线空洞将在极长的时间内被微弱的冲击所限制,其检测可能是一个观测挑战。
2011-10-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Type Ia supernovae and stellar winds in AGN driven relativistic bubbles
我们分析了演化恒星的星风行为和活动星系核驱动的相对论气泡中Ia超新星爆炸的结果。我们发现,风壳的膨胀是有效地减速的相对论压力,但它们的整体运动被保存,使它们与母星一起穿过气泡。风物质只占气泡体积的一小部分,基本上不影响SN残余物的膨胀。如果包层保持完整并保持球形,估计气泡中SN残留物的最大半径为30-40 pc。由于Rayleigh-Taylor不稳定性导致的SN壳层的破碎可以减轻SN物质的传播,因此喷出物碎片能够穿过相对论气泡。在气泡外,风壳和超新星碎片在气泡边界附近的团内介质中减速。沉积的超新星Ia物质可以在相对论气泡的边界处的薄层中富集具有金属的团内气体。这个过程可能导致增强的线发射的边缘。在相反的极限,当超新星遗迹的碎片是温和的或不存在的,超新星Ia物质平流的相对论等离子体,并可能离开明亮的星系团星系的中心区域,与不情愿地移动的气泡。
2011-01-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Shocks and Bubbles in a Deep Chandra Observation of the Cooling Flow Cluster Abell 2052
我们提出的结果,从深钱德拉观察阿贝尔2052。A2052是一个明亮的,邻近的,冷却的星团,红移z=0.035。同心表面亮度的不连续性显示在集群的中心,这些功能是一致的冲击驱动的活动星系核,两者的马赫数约为1.2。A2052的南部空洞现在似乎被分成两个空洞,最南端的空洞可能是早期射电活动的幽灵泡。在星团中心的西北方向似乎也有一个幽灵气泡。用激波分离法或气泡上升时间法测得的射电源的周期时间约为2 × 10^7年。射电源所储存的能量,包括直接的冲击加热和活动星系核膨胀的气泡所产生的加热,可以抵消星系团核心的冷却。
2009-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Moderate Cooling Flow Model and Feedback in Galaxy Formation
在最近的四年里,我们一直在研究反馈加热冷却流(CF)集群活动星系核活动,膨胀气泡的喷流,这简短的贡献,会议总结了我们的主要结果。为了实现我们的结果,我们必须用喷射器自我膨胀气泡,而不是人工注入它们。主要结果如下:(1)基于Bondi吸积的反馈机制失效。相反,中心超大质量黑洞(SMBH)的吸积是以从扩展区域落入的冷密度团块的形式。(2)慢质量宽(SMW)射流,或快速旋进射流,可以膨胀气泡类似于CF集群中观察到的。(3)与文献中的一些说法相反,膨胀的气泡在相对长的时间内是稳定的,仅在稍后的时间变得不稳定。(4)一个单一的泡沫膨胀事件激发多个声波和冲击。然后,这些可以加热集群内介质(ICM)。(5)气泡材料与ICM的混合是有效的,并且可以用作主要加热通道。(6)加热过程是全方位的,可以解释星系团和星系CF中ICM的加热。
2009-09-01 astro-ph.CO
How merger-driven gas motions in galaxy clusters can turn AGN bubbles into radio relics
星系团中的射电遗迹是宇宙射线电子在$μ$ G磁场中产生的扩展同步辐射源。许多遗迹被发现在集群的外围,并有集群为中心,狭窄的弧形形状,这表明电子被加速或再加速的合并冲击波前向外传播的集群内等离子体。在X射线中,一些遗迹确实在遗迹所在的位置显示出这种冲击,但许多遗迹没有。我们探讨的可能性,无线电遗迹痕迹不是冲击波的前锋,但种子相对论电子的基本分布的形状,照亮了最近的冲击通道。我们使用磁流体动力学模拟集群合并,包括从中央活动星系核或从一个偏离中心的射电星系喷射注入的相对论电子气泡。我们发现,合并驱动的气体运动(a)可以平流的气泡宇宙射线非常大的半径,和(b)传播的相对论种子电子优先在切向方向-沿引力等势面-生产扩展,非连续性或片状区域的团内等离子体富含老化宇宙射线,这类似于无线电遗迹。一旦激波阵面穿过这样的区域,尖锐的射电辐射边缘将追踪这些富集区的尖锐边界,而不是前锋。我们还表明,这些拉长的宇宙射线的功能是自然与磁场沿其长轴切向拉伸,这可能有助于解释文物的高极化。
2021-05-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gas Sloshing and Bubbles in the Galaxy Group NGC 5098
我们目前的结果,从钱德拉观测的星系对和相关的星系群NGC5098,并找到气体晃动和AGN加热的证据。X射线亮度图像显示了以NGC 5098a为中心的螺旋结构的漫射发射,以及大约30 kpc的大部分星系周围的漫射发射的尖锐边缘。X射线表面亮度和温度图中的螺旋结构,冷气体峰值与活动星系核中心之间的偏移,以及冷锋边缘的结构都表明核心中有气体晃动。最有可能的扰动者是附近的星系NGC 5098b,它已经被剥夺了气态大气。核心的详细图像显示了几个X射线空洞,其中两个位于活动星系核中心的北部和东南部,与无线电发射相关,并有明亮的X射线边缘,类似于其他系统的ICM中看到的浮力气泡。我们估计的压力,在泡沫和轮辋,并表明他们是大致相等的,与这些年轻的功能一致,建议他们靠近中央活动星系核。我们假设核心中的其他X射线空洞与现有的射电观测结果没有相关性,是以前活动星系核爆发的鬼腔。对膨胀空腔所需的机械能的估计表明,它足以抵消1500万年的气体辐射冷却。因此,对于一个典型的10^7年的循环时间,活动星系核中心的能量输出足以在长时间尺度上平衡冷却。
2009-07-06 astro-ph.CO
The duty cycle of radio-mode feedback in complete samples of clusters
钱德拉X射线天文台已经在许多附近的冷却流团的团内介质(ICM)中发现了X射线气泡。气泡追踪反馈,被认为是耦合中央活动星系核(AGN)到ICM,帮助稳定冷却流和管理大质量星系的演化。然而,这种活动星系核爆发的普遍性和占空比并没有很好的理解。为此,我们研究冷却是如何平衡的气泡加热完整的样本的集群(Brilliant 55星系团,以下B55,和最高的X射线通量星系团样品,HIFLUGCS)。我们发现,在冷却流星系团中,中央星系的射电光度仅超过2.5 x 10^30 erg s^-1 Hz^-1。这一结果意味着中央射电源和ICM之间的连接,正如预期的那样,如果活动星系核反馈正在运作。此外,我们发现无线电模式反馈的占空比,即系统拥有由其中央无线电源膨胀的气泡的时间比例,B55的占空比> 69%,HIFLUGCS的占空比> 63%。这些占空比是下限,因为现有图像中可能会遗漏一些气泡。我们使用模拟来限制可能存在的气泡功率,并且在没有检测到气泡的冷却流系统中保持未检测到。在这些系统中,几乎所有系统都可能具有显著的泡沫能力。因此,我们的研究结果意味着,活动星系核爆发的占空比与潜在的冷却流团显着加热气体至少为60%,可能接近100%。
2012-10-26 astro-ph.CO
Arithmetic with X-ray images of galaxy clusters: effective equation of state for small-scale perturbations in the ICM
我们讨论了一种新的技术,操纵X射线图像的星系团,揭示小尺度的密度/温度扰动的性质在团内介质(ICM)。正如我们所示,这种技术可以用来区分声波和等压扰动钱德拉英仙座和M87/室女星系团的图像。操纵的图像与无线电数据和详细的频谱分析结果的比较表明,这种方法成功地分类的扰动类型,并有助于揭示其性质。对于M87和英仙座星系团的中心区域(5-100 kpc),这种分析表明,观测到的图像主要是由等压扰动,其次是由相对论等离子体气泡和弱激波引起的扰动。这样的层次结构在“慢”活动星系核反馈的情况下得到了最好的解释,当中心黑洞输出的大部分机械能被气泡焓捕获时,气泡焓在气泡的浮力上升过程中逐渐释放。“图像算法”最适合突出的结构和具有良好统计数据的数据集,可视化给定有效状态方程的扰动。同样的方法可以通过对不同能带的X射线图像中表面亮度波动的交叉谱分析来扩展到微弱的扰动。
2016-05-29 astro-ph.CO
Precessing jets and X-ray bubbles from NGC1275 (3C84) in the Perseus galaxy cluster: a view from 3D numerical simulations
英仙座星系团在X射线中呈现出多对错位的空洞,在射电波长上也有千秒差距尺度的扭曲喷流;这两种形态都表明活动星系核喷流是受岁差影响的。在这项工作中,我们进行了3D流体动力学模拟的进动AGN喷流和温暖的团内介质等离子体之间的相互作用,动力学耦合到NFW暗物质引力势。活动星系核的喷流使空洞膨胀,空洞变得非常不稳定,并从星系团核心升起。我们发现,在某些情况下,岁差可以产生多对泡沫。对于英仙座星系团的物理条件,在喷流进动张开角> 40度的情况下,获得了多对气泡,至少作用了三个进动周期,很好地再现了射电和X射线图。在此基础上,假设Bardeen-Peterson效应占主导地位,我们研究了该系统的进动张开角的演化。我们能够限制吸积盘和黑洞角动量之间的比值为0.7 - 1.4。我们还能够将目前的岁差角限制在30 - 40度,以及膨胀气泡的近似年龄为1亿至1亿5千万年。
2010-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Isotropic AGN Heating with Small Radio Quiet Bubbles in the NGC 5044 Group
钱德拉天文台对X射线明亮星系群NGC 5044的观测表明,最近来自活动星系核中心的爆发以及中心主导星系相对于星系群气体的运动强烈扰动了X射线发射气体。NGC 5044星系群拥有许多小型的射电宁静腔,它们具有近乎各向同性的分布、冷灯丝、半圆形冷锋和双臂螺旋形的冷气体特征。NGC5044在610 MHz的GMRT观测表明存在着“环形”形态的扩展射电辐射。最大的X射线细丝似乎穿过射电环面,这表明细丝内的低熵气体是从集团中心升起的物质。在235 MHz的无线电发射比在610 MHz的发射更广泛,两个频率之间几乎没有重叠。235 MHz辐射的一个分量穿过最大的X射线腔,然后在冷锋后面偏转。在冷锋之外的235 MHz处也检测到第二个分离的无线电波瓣。在NGC5044中心的所有较小的X射线空洞在GMRT观测中都没有被发现。由于较小的气泡可能不再是由中心活动星系核驱动的动量,它们的运动将受到群体“天气”的影响,因为它们会被迫向外上升。因此,小气泡内的大部分焓可能会沉积在群中心附近,并被群天气各向同性化。较小的无线电静腔的总机械功率为$P_c = 9.2 \times 10^{41}$ erg s $^{-1}$,这足以抑制中心10千秒差距内总辐射冷却的大约一半。这与该区域内H $α$发射的存在一致,这表明至少一些气体能够冷却。
2009-08-14 astro-ph.CO
Quasi-spiral solution to the mixed intracluster medium and the universal entropy profile of galaxy clusters
本文提出星系团内介质中的准螺旋结构可作为混合等离子体的准稳态解,通过压力螺旋约束不同浮力相,并解释普适线性熵轮廓的形成与维持。
2023-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Ten Billion Solar Mass Outflow of Molecular Gas Launched by Radio Bubbles in the Abell 1835 Brightest Cluster Galaxy
我们报告ALMA早期科学观测阿贝尔1835年最亮的星系团(BCG)的CO(3-2)和CO(1-0)发射线。我们在BCG的10千秒差距内探测到5E 10太阳质量的分子气体。它的速度宽度约为130 km/s,半高宽太窄,不可能得到动压的支持。这些气体可能被支撑在一个旋转的、湍流的、几乎面向太阳的圆盘中,这个圆盘以每年100-180个太阳质量的速度形成恒星。大约1 E10太阳质量的分子气体投射到核的西北部和东部3-10 kpc,视线速度相对于系统速度在-250 km/s到+480 km/s之间。虽然不能排除流入,但随着半径的增加,速度梯度的增加与无线电喷流或快速上升的X射线空腔驱动的广泛的双极流出是一致的。分子外流可能与阿贝尔1835年的热气体外流有关。分子气体以每年大约200个太阳质量的速度流出BCG,这与其恒星形成速率相当。射电泡如何在上升气流中提升稠密的分子气体,有多少气体会损失到BCG中,有多少气体会返回到未来的恒星形成和活动星系核活动中,这些都知之甚少。我们的研究结果意味着,无线电-机械(无线电模式)反馈不仅加热了椭圆星系和BCGs周围的热大气,而且能够将更高密度的分子气体从它们的中心扫走。
2013-08-30 astro-ph.CO
A diffuse bubble-like radio-halo source MRC 0116+111: imprint of AGN feedback in a low-mass cluster of galaxies
我们提出了详细的观测MRC 0116+111,揭示了一个明亮的,迷你无线电晕的直径约240千秒差距位于中心的星系团在红移z = 0.131。我们的光学和多波长GMRT和VLA射电观测揭示了一个非常不寻常的射电源:显示了一对巨大的(直径约100 kpc)气泡状漫射结构,这比在M87中观察到的类似扩展射电发射大三倍-M87是室女星系团中占主导地位的中央射电星系。然而,在MRC 0116+111中,我们没有探测到任何正在进行的活动星系核(AGN)活动,例如致密的核心或活跃的射电喷流为等离子体气泡提供能量。射电发射相对论粒子和磁场很可能是由一对起源于中央cD星系活动星系核的射电喷流在过去播下的种子。位于离星团中心约100千秒差距的西北方气泡的高频无线电频谱非常陡峭,表明辐射损失,可能是因为已经分离,它正在迅速上升并远离假定的热星团内介质。另一个气泡,更接近星团中心,显示出正在进行的粒子再加速的迹象。我们估计,使这两个气泡膨胀的射电喷流也可能向星团内介质提供了足够的能量,以创造一个巨大的空腔和激波阵面系统,并从活动星系核中驱动大量外流,这可能会抵消甚至淬灭冷却流。因此,这个来源提供了一个很好的机会,了解在热集群大气中的无线电射流膨胀等离子体气泡的能量和动力学演化。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Simulations of the dynamics of magnetised jets and cosmic rays in galaxy clusters
星系团中心活动星系核的反馈过程似乎阻止了大规模的冷却流,阻碍了恒星的形成。然而,详细的加热机制仍然不确定。一个有希望的加热方案是利用流动的宇宙射线(CR)产生的阿尔文波的耗散。为了研究这一想法,我们使用三维磁流体动力学模拟与AREPO代码,遵循的演变,充满了CRs在湍流集群大气中的喷气充气气泡。我们发现,一个单一的注射事件产生的CR分布和加热速率所需的一个成功的CR加热模型。随着气泡的急剧上升,聚集的磁场会围绕在前沿界面上,并被放大到平衡冲压压力的强度。与气泡中的螺旋磁场一起,这最初限制了CR并抑制了界面不稳定性的形成。但随着气泡继续上升,气泡尺度的漩涡显着放大径向磁丝在其尾流,并使CR运输从气泡到冷却内集群介质。通过改变射流参数,我们获得了丰富多样的射流和气泡形态,从Fanaroff-Riley I型(FRI)到FRII型射流。我们确定喷流能量作为领先的序参量(保持周围的密度分布固定),而喷流光度是主要负责设置的马赫数的冲击周围FRII类源。我们的模拟还产生了类似FRI的喷流,这些喷流在没有可检测到的冲击的情况下膨胀气泡,并显示出与集群观察一致的形态。
2020-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Active galactic nucleus feedback in clusters of galaxies
钱德拉X射线天文台在过去十年中的观测,使人们对星系团中心的冷却气体和活动星系核(AGN)加热的作用有了更多的了解。在星系团中心的热的团内介质的冷却可以为在主导星系团星系核中发现的超大质量黑洞提供能量,导致AGN爆发,这可以重新加热气体,抑制冷却和大量的恒星形成。活动星系核的加热可以以冲击波的形式出现,由射电瓣膨胀的剧烈上升的气泡,以及声波的消散。
2010-04-05 astro-ph.CO astro-ph.HE
Non-linear saturation and energy transport in global simulations of magneto-thermal turbulence in the stratified intracluster medium
本研究通过IDFIX代码进行2D和3D数值模拟,探讨了星系团介质中磁热不稳定性(MTI)湍流的饱和机制与能量传输,发现MTI通过势能注入与耗散平衡实现饱和,并能在ICM外围提供约15%的非热压支撑。
2024-11-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
All Curled Up: A Numerical Investigation of Shock-Bubble Interactions and the Role of Vortices in Heating Galaxy Clusters
来自星系团中心活动星系核的喷流使低密度相对论等离子体空腔膨胀,并将激波和声波驱动到星系团内介质中。当这些波溢出先前膨胀的空腔时,它们通过里希特迈尔-梅什科夫不稳定性形成差动旋转涡旋。在涡旋中捕获的能量的耗散可以有助于能量反馈到冷核心星团的大气中。使用一系列的流体动力学模拟,我们调查了这个过程的效率:我们计算的动能在涡流分解成其无旋和螺线管部分的速度场。与二维情况相比,三维Richtmyer-Meshkov不稳定性的效率约为2倍。对于弱激波,旋涡场中的能量为E_vortex ~ rho_ICM v_shock^2 V_bubble(与几何形状、密度差和激波宽度有关)。对于强激波,涡旋变得动态不稳定,通过湍流级联迅速耗散其能量。我们得到了一些诊断的观察和实验室实验的激波-气泡相互作用,如激波-涡的间距,它可以用来推导出较低的限制马赫数。旋涡场的差动旋转导致粘性耗散,对于合理的涡流参数范围,粘性耗散足以有效地对团簇冷却作出反应并耗散团簇冷却半径内的涡流能量。对于足够大的填充因子(几个百分点或更大的数量级),这一过程可能会对星系团中的活动星系核反馈产生重大影响。
2012-02-01 astro-ph.CO physics.flu-dyn
On the origin and acceleration of cosmic rays: Cooling flow clusters and AGN hosts
我们正在星系团的X射线选定样本中寻找射电“遗迹”和“晕”。这些射电特征不是活动星系核(AGN)机制的产物,而更有可能与过去的星系团合并事件有关。活动星系核的冷却流团的主机包含粒子泡,显示非热无线电发射。如果这些气泡能够有效地限制宇宙射线,它们就可以解释射电遗迹和光环的存在。团内磁场和团环境可以揭示宇宙射线的加速机制。使用无线电/X射线数据和分析方法,我们检查三个活动星系核主机出我们的70个集群,即武仙座A,3C 310和3C 388。我们发现这些星团中没有一个包含遗迹和/或光环。
2011-09-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Explaining the Energetic AGN Outburst of MS0735+7421 with Massive Slow Jets
通过进行轴对称流体动力学数值模拟(2.5维代码),我们表明,缓慢,大规模,宽射流可以重现星系团MS 0735 +7421中的巨大的X射线缺陷气泡对的形态。由气泡对和冲击波中的能量组成的射流的总能量被McNamara等人(2009)进行的观测限制为~10^{62}erg。我们发现,两个相对的喷流是活跃的~ 100 Myr,每个发射半开角~70度,初始速度~0.1c,和两个喷流的总质量损失率~100 Mo/年,可以解释所观察到的形态。可以使用快速旋进的窄射流来代替宽射流。在我们的模型中,星团在大约1亿年前遭受了一次冷却灾难。大部分被冷却的质量,~10^{10} Mo,被AGN活动驱逐回团内介质(ICM),现在在气泡内,~10%形成恒星,~10%的冷气体被中心黑洞吸积,是爆发能量的来源。这种类型的活动类似于预期在星系形成中发生的活动。
2009-05-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
A radio bubble shredded by gas sloshing?
本文通过LOFAR和XMM-Newton数据研究星系团Abell 2657中的分叉射电弧,提出其可能是一个被气体晃动拉伸撕碎的射电气泡,并发现其中嵌有类似非热丝状结构的细窄平行辐射丝。
2023-10-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Turbulence and the formation of filaments, loops and shock fronts in NGC 1275 in the Perseus Galaxy Cluster
NGC 1275是英仙座星系团的中心星系,它是由活动星系核喷流膨胀的巨大热双极气泡的宿主,在射电中被观测到为英仙座A。它呈现出一个壮观的$Hα$发射星云围绕着NGC 1275,气体环和细丝延伸到超过50千秒差距。细丝的起源仍然未知,但可能与负责巨大浮力气泡的机制有关。我们提出了2.5和3维MHD模拟的集群的中心区域,其中湍流能量,可能引发的恒星形成和超新星(SNe)爆炸。模拟结果显示,大质量恒星注入的湍流可能是导致丝状物和环状物几乎各向同性分布的原因,这些丝状物和环状物将磁场向上拖曳,正如最近的观测所表明的那样。弱壳状冲击波阵面以100-500 km/s的速度传播到ICM,也类似于观测。湍流的各向同性外流动量减缓了团内介质的注入,从而限制了NGC 1275中进一步的星暴活动。由于湍流在大部分模拟体积上是亚音速的,因此湍流动能不能有效地转化为热量,并且需要额外的加热来抑制团簇核心处的冷却流。结合MHD湍流和活动星系核外流的模拟可以再现NGC 1275周围观测到的温度径向分布。虽然活动星系核机制是主要热源,但超新星对于能量分布的各向同性至关重要。
2009-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Quiescent Intracluster Medium in the Core of the Perseus Cluster
星系团是宇宙中最大的引力束缚物体,并且仍在形成中。因此,它们是宇宙学参数和许多天体物理过程的重要探测器。对弥漫的热气动力学的了解是一个关键的缺失因素,热气在星团中的质量上占主导地位。它可以使新的见解机械能注入的中央超大质量黑洞和使用流体静力学平衡的决定集群质量。来自英仙座星系团核心的X射线是由充满其引力势阱的5000万K弥散热等离子体发射的。中央星系NGC 1275的活动星系核将喷射的能量注入周围的星系团内介质,产生充满相对论等离子体的浮力气泡。这可能会引起星系团内介质的运动,并加热内部气体,防止辐射冷却失控;这一过程被称为活动星系核反馈。在这里,我们报告了Hitomi对英仙座星团核心的X射线观测,它揭示了一个非常安静的大气层,在距离中央核30-60 kpc的区域内,气体的视线速度色散为164+/-10 km/s。在60 kpc的星系团核心图像上发现了150+/-70 km/s的视线速度梯度。气体中的湍流压力支持是热力学压力的4%或更少,大尺度剪切最多是估计的两倍。我们推断,从流体静力平衡在中心区域确定的总集群质量需要很少的湍流压力校正。
2016-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE