Stability Analysis for Cosmic-Ray Heating of Cool Cores in Galaxy Clusters
研究了由中央活动星系核加速的宇宙线对星系团冷核的加热。我们特别关注加热的稳定性。CRs与Alfvén波一起在团内介质（ICM）中流动并加热ICM。首先，假设加热和辐射冷却是平衡的，我们通过求解边值问题来寻找团簇ICM和CR轮廓的稳态解。边界条件的设置，使解决方案是一致的观察集群。如果磁场足够强，并且磁场与ICM之间的关联相对较弱，则可以找到稳态解。然后，我们通过拉格朗日摄动分析的解的稳定性，并发现该解决方案是全局稳定的。我们通过数值模拟证实了这一结果。使用的稳态解作为初始条件，我们遵循的演变为100 Gyr的配置文件。我们发现，配置文件不演变的时间尺度远大于集群的寿命。这些结果，以及与无线电小晕观测的一致性，表明CR加热是一个有前途的机制，以解决所谓的“冷却流问题”。
2013-03-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Stripped elliptical galaxies as probes of ICM physics: III. Deep Chandra Observation of NGC 4552 - Measuring the Viscosity of the Intracluster Medium
本文介绍了对落入室女星系团的早型星系NGC 4552（M89）的深（200 ks）钱德拉观测结果。以前对这个星系较浅的X射线观测显示了一个残余的气体核心，星系南部的尾巴，以及连接到气体核心北部边缘的双“角”[machacek 05 a]。在我们更深入的数据中，我们检测到一个扩散的，低表面亮度的延伸到以前已知的尾巴，并测量尾巴内的温度结构。我们结合深钱德拉数据与档案XMM-牛顿观测，把一个强大的上限弥漫发射的尾巴了一个很大的距离（10 $\times$的半径的残余核心）从星系中心。在我们之前的两篇论文[roediger 15 a，roediger 15 b]中，我们提出了专门针对落入室女星系团的M89的冲压压力剥离的流体动力学模拟结果，并研究了ICM粘度的影响。在本文中，我们将我们的深层数据与我们专门定制的模拟进行了比较，并得出结论，NGC 4552中所观察到的剥离尾部的形态与无粘模型最相似。我们的结论是，在某种程度上的运输过程可以简单地建模为流体动力学粘度，ICM粘度是可以忽略不计的。更一般地说，任何微观尺度的描述中的高$β$等离子体的集群ICM的运输过程必须与宏观尺度上的剥离尾部观察到的有效混合一致。
2017-09-08 astro-ph.HE
A full reconstruction of two galaxy clusters intra-cluster medium with strong gravitational lensing
本文提出一种结合强引力透镜与流体静力学平衡的统一ICM重建方法，通过X-COP拟合多方温度剖面并解析电子密度，在两个MACS星系团上与X射线、ACT观测及β模型验证，还可用于约束暗物质密度剖面。
2024-04-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Co-Evolution of a Magnetized Intracluster Medium and Hot Galactic Coronae: Magnetic Field Amplification and Turbulence Generation
利用自适应网格磁流体动力学模拟方法研究了磁场对星系团内介质（ICM）冲压压力剥离的影响。虽然典型星系团中的磁压不足以影响星系的气体质量损失率，但磁场可以影响剥离星系的形态。ICM磁场覆盖在轨道星系周围，并与它们剥离的尾巴对齐。磁场抑制了星系-ICM界面的剪切不稳定性，磁化尾比Vijayaraghavan和Ricker（2015）中可比的流体动力学模拟中的尾更光滑和更窄。轨道星系拉伸和放大ICM磁场，放大$10 - 100$ kpc尺度的磁功率谱。Galerkin通过其湍流尾流和$g$ -波向ICM注入湍流动能。ICM中的磁能和动能增加到演化的$1.5 - 2$ Gyr，之后星系被剥离了大部分气体，并且没有足够大的气体横截面来进一步放大磁场和注入湍流动能。由于星系剥离和产生$g$ -波的湍流压力的增加导致ICM的湍流体积分数的增加。这种湍流动能对整个ICM能量预算不是显著贡献者，但极大地影响ICM磁场的演变。此外，星系对磁场的影响可以在高分辨率法拉第旋转测量（RM）地图中观察到RM结构中的小尺度波动。
2017-05-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Effect of Environment on the Formation of Halpha Filaments and Cool Cores in Galaxy Groups and Clusters
本文介绍了利用钱德拉X射线天文台和马里兰麦哲伦可调谐滤波器对10个星系群和17个星系团进行X射线和H α联合研究的结果。我们发现，在10^13 < M_500 < 10^15 Msun的质量范围内，成组和成团的H α细丝的形态或检测频率没有差异。在52%的置信水平下，Halpha发射的检测频率仅弱依赖于系统的总质量。相比之下，我们发现Halpha细丝的存在与全球（89%置信水平）和核心（84%）ICM熵以及X射线冷却率（72%）密切相关。因此，Halpha细丝是冷却ICM的极好替代物。与BCG的射电性质相比，Halpha细丝与ICM的冷却性质的相关性更强;这进一步支持了这些细丝与热不稳定的快速冷却的ICM直接相关的场景，而不是无线电气泡。ICM的冷却效率，定义为每单位气体质量的X射线冷却速率，示出与总系统质量，表明组在冷却比集群更有效。这一结果意味着，在冷核心的系统中，活动星系核的反馈与系统的总质量成比例，与早期的建议一致。
2011-02-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Limiting the shock acceleration of cosmic-ray protons in the ICM
对大尺度射电辐射的观测证明了星系团中存在激波加速的宇宙射线电子，而探测到的$γ$射线的缺乏限制了星系团中宇宙射线质子的加速。这挑战了我们对扩散冲击加速如何工作的理解。在这项工作中，我们夫妇的最新配方的冲击加速在集群内介质的国家的最先进的磁流体动力学模拟的大规模星系团。此外，我们使用被动示踪粒子来跟踪加速宇宙线的演化。我们表明，当考虑到磁场拓扑结构和加速宇宙射线反馈之间的相互作用时，粒子加速理论的最新发展给出了与观测约束相容的结果。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Gas Density Perturbations in Cool Cores of CLASH Galaxy Clusters
本文对大质量星系团冷核中的气体密度扰动进行了系统的研究。我们从哈勃望远镜星团透镜和超新星巡天（CLASH）样本中选取了12个弛豫星团，分析了钱德拉X射线天文台观测到的它们的冷核特征。重点研究了X射线表面亮度分布减去其全局轮廓后的X射线残差图像特征。我们发现，在我们的样本中的所有星系团，至少有一个积极的和一个消极的过剩区域的X射线残留图像，表明存在的气体密度扰动。我们识别和表征的局部扰动区域，使用我们的检测算法，并提取X射线光谱的集群内介质（ICM）。正过剩区的ICM温度低于负过剩区的ICM温度，而两个区域的ICM以系统的方式处于压力平衡。这些结果表明，在冷芯气体晃动发生在80%以上的松弛集群（95%CL）。我们通过分析来自流体动力学模拟的冷核星系团的合成X射线观测结果证实了这一物理图像，发现我们的检测算法可以准确地提取正和负多余区域，并可以再现它们之间的温差。我们的研究结果支持的图片，气体密度扰动引起的气体晃动，和大部分的冷芯集群经历了气体晃动，表明气体晃动可能能够抑制失控冷却的ICM。
2020-03-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The bulk motion of gas in the core of the Centaurus galaxy cluster
本研究利用XRISM卫星观测半人马座星系团核心，发现热气体存在130-310 km/s的整体流动（与晃动一致），其速度弥散仅<120 km/s，表明AGN对ICM运动影响有限，整体流动或参与热量分布与冷却抵消。
2025-08-24 astro-ph.GA astro-ph.HE
Lessons learned from 19 years of high-resolution X-ray spectroscopy of galaxy clusters with RGS
团内介质（ICM）包含了星系团中绝大多数的重子物质，并被加热到X射线辐射温度。因此，X射线光谱学是理解星系团形态和动力学的关键。在这里，我们回顾了星系团的关键演化问题，这些问题是由19年来使用XMM-牛顿船上的反射光栅光谱仪（RGS）进行的高分辨率X射线光谱学研究所揭示的。其有效面积，光谱分辨率和二十年来的卓越性能的巧妙结合使变革科学和重要发现成为可能，例如缺乏强冷却流，ICM湍流和冷却-加热平衡的限制。RGS分辨单个ICM谱线的能力非常详细地揭示了超新星和AGB星在星团中的化学富集。RGS光谱清楚地表明，ICM等离子体总体上处于热平衡状态，这是出乎意料的，因为存在大量的高能现象，如来自超大质量黑洞的喷流和合并。
2019-12-09 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The role of baryons in self-interacting dark matter mergers
本文通过SPH+N体模拟研究星系团并合中ICM对暗物质-星系偏移的影响，发现ICM在第一次远心点可放大偏移，且较小自相互作用截面也可能产生可观测偏移，表明后期并合阶段对暗物质物理研究更具价值。
2023-07-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
MHD Simulations of AGN Jets in a Dynamic Galaxy Cluster Medium
本文对从高分辨率宇宙学模拟中提取的星系团中央活动星系核（AGN）间歇喷流进行了一对三维磁流体动力学模拟。选定的星团被选为一个明显相对宽松的系统，在近7 Gyr没有经历过重大合并。尽管有这种特征和历史，集群内介质（ICM）包含相当活跃的“天气”。我们探讨了这种ICM天气的AGN喷流和叶的形态演化的影响。在两个模拟中，射流的方向是不同的，因此它们探测ICM结构和动力学的不同方面。我们发现，即使这个集群，可以被描述为放松的观测标准，大规模的，散装ICM运动可以显着扭曲的射流和叶。对模拟的合成X射线观测表明，喷流产生了复杂的空腔系统，而合成射电观测揭示了类似于广角尾（WAT）射电源的喷流和叶的弯曲。在2600万年的周期内，使用50%的占空比，对喷射器进行开关循环。这导致了类似于“双-双”射电星系的形态特征。虽然射流和ICM磁场在模拟中通常太弱而不能在动力学中起主要作用，但麦克斯韦应力仍然可以在局部变得显著。
2012-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic rays in galaxy clusters and their non-thermal emission
射电观测通过射电晕和外围遗迹形式的扩展同步辐射的存在证明了相对论粒子和与团内介质（ICM）相关的磁场的存在。这一观测证据对ICM的物理学有着根本性的影响。星系团中的非热成分确实是对星系团内非常活跃的过程的独特探测，这些过程将引力和电磁能消耗到宇宙射线和磁场中。这些成分强烈影响ICM的（微观）物理性质，包括粘度和电导率，也有潜在的后果集群本身的演变。星系团中宇宙射线的性质和性质，包括星系团尺度上观测到的射电辐射的起源，在过去十年中引发了一场活跃的理论辩论。直到最近，我们才开始解决这个领域中一些最重要的问题，这要归功于最近在射电和高能观测方面的进展。宇宙射线和星系团非热辐射的性质取决于ICM的动力学状态、ICM中粒子加速机制的效率以及这些宇宙射线的动力学。在这篇评论中，我们详细讨论了宇宙射线在星系团中的加速和传输，以及最相关的观测里程碑，这些里程碑为我们理解这一物理学提供了重要的步骤。最后，展望新一代观测工具的可能性，我们将重点关注无线电和高能观测在不久的将来似乎是最重要的前景。
2014-01-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
ICM cooling, AGN feedback and BCG properties of galaxy groups-Five properties where groups differ from clusters
我们使用Chandra数据对26个星系群的样本进行了限制，限制了ICM的中心冷却时间（CCT），并根据其中心冷却时间将这些星系群分为强冷核（SCC）、弱冷核（WCC）和非冷核（NCC）。最亮的星团星系（BCG）的总射电光度是使用射电目录数据和文献获得的，并与CCT进行比较，以了解气体冷却和射电输出之间的联系。我们用2 MASS数据确定了BCG的K波段光度，并用它来约束SMBH的质量，然后将其与射电输出进行比较。我们还测试了BCG光度与整体X射线光度和该组质量之间的相关性。所观察到的冷芯/非冷芯分数组是可比的集群。然而，可以看到显著的差异。对于群集，所有SCC都具有中心温度下降，但对于组，情况并非如此，因为某些SCC具有中心上升的温度曲线。虽然对于集群样本，所有SCC集群都有一个中央无线电源，而只有45%的NCC，对于组样本，所有NCC组都有一个中央无线电源，而SCC组只有77%。对于星系团，有迹象表明射电光度和CCT之间存在着一种负相关的趋势，而这在星系团中是不存在的。在SCC星团中观察到的射电光度与黑洞质量的趋势的迹象是不存在的群体。BCG光度与星团X射线光度/星团质量之间的强相关性对于组而言显著减弱。我们的结论是，有重要的区别集群和集团内的ICM冷却/活动星系核反馈范例。
2014-03-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cold Fronts: Probes of Plasma Astrophysics in Galaxy Clusters
星系团中质量最大的重子成分是“团内介质”（ICM），这是一种在X射线波段最容易观察到的弥散、热、弱磁化等离子体。尽管被观察了几十年，ICM的宏观输运性质仍然没有得到很好的约束。随着“冷锋”的发现，一条确定宏观ICM性质的道路开辟了。这些被观察为ICM中表面亮度和温度的尖锐不连续性，具有不连续性的较亮（和较密集）的一侧是较冷的一侧的属性。钱德拉X射线天文台的高空间分辨率揭示了冷锋的两个谜团。首先，它们应该受到开尔文-亥姆霍兹不稳定性的影响，但在许多情况下，它们看起来相对平滑和不受干扰。第二，两个气相之间的界面的宽度通常比等离子体中的颗粒的平均自由程窄，这表明热传导可以忽略不计。从他们发现的时候起，人们就意识到冷锋的这些特殊特性可以用来探测团簇等离子体的物理性质。在这篇评论中，我们将讨论最近的模拟冷锋的形成和演化的星系团，重点是那些试图利用这些功能来约束的ICM的物理。特别是，我们将集中在磁场，粘度和热导率的稳定性和冷锋的长期演变的影响。最后，我们讨论了哪些重要的问题仍然没有答案，以及模拟和下一代X射线天文台的未来作用。
2016-03-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Three-dimensional thermodynamic structures of the intracluster medium across edges in the X-ray surface brightness of massive, bright, dynamically-active galaxy clusters
本研究利用钱德拉X射线天文台，通过扩展的正向建模方法分析4个动力学活跃星系团的X射线数据，明确了不同星系团边缘的冷锋/激波锋性质及相关热力学特征，验证了激波加热瞬时平衡模型假说。
2024-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Suppression of electron thermal conduction in the high $β$ intracluster medium of galaxy clusters
了解星系团中热团内介质（ICM）的热力学状态需要了解等离子体输运过程，特别是热传导过程。然而，在类似ICM的条件下，等离子体中热传导的基本物理学还有待阐明。我们使用粒子在细胞模拟和分析模型，探索动力学的ICM等离子体（小gyroradius，大的平均自由程，和强烈的次主导磁压力）驱动的扩散热通量与热传导。线性理论揭示了哨声波是由不稳定的电子热通量驱动的，即使在热通量很弱的情况下。电子与这些波的共振相互作用在散射电子和抑制热通量方面起着关键作用。在一维模型中，只有平行于磁场的哨声模式被捕获，只有共振电子在相反的方向上移动的热通量和电子热通量抑制是小的。在2D或更高的空间中，斜哨声模式也会与沿热通量方向移动的电子共振。共振的重叠导致电子分布函数的有效对称化和热通量的强烈抑制。结果表明，在ICM的热传导可能会受到强烈的抑制，可能可以忽略不计的水平。
2016-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Fractional polarization and magnetic fields in the ICM
本工作的目的是研究团簇内介质（ICM）磁场的平均性质，并寻找ICM热性质和团簇射电辐射之间可能的关联。我们从最高X射线通量的星系团样本中选取了39个大质量星系团，利用北方VLA巡天资料分析了距星系团中心10个核半径范围内射电源的部分偏振。继Murgia等人（2004）之后，我们研究了不同的磁场强度如何影响观测到的位于离星系团中心不同投影距离的源的极化发射。此外，统计测试进行调查的分数极化趋势在不同的热和非热性质的集群。我们发现分数极化随团簇碰撞参量的变化趋势是，分数极化在团簇外围增加，向团簇中心减小。这种趋势可以用中心值为几个$μ$ G的磁场模型来再现。logrank统计检验表明，在有射电晕和无射电晕的星系团中，源的去极化趋势没有差异，而在有冷核和无冷核的星系团中，源的去极化趋势有显著差异。具有高温度和低温度的集群之间的比较不产生显著差异。虽然气体密度的作用应该得到更好的解释，但这些结果为需要ICM磁场的作用来解释星系团中冷核和射电晕的存在的模型提供了重要的指示。
2011-03-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
Deep Chandra observations of NGC 1404: cluster plasma physics revealed by an infalling early-type galaxy
团内介质（ICM）作为一种磁化和高度电离的流体，为研究地球上尚无法实现的极端条件下的等离子体物理提供了理想的实验室。NGC 1404是一个明亮的椭圆星系，当它穿过天炉座星系团的ICM时，正在被气体剥离。我们利用NGC 1404的{ \sl Chandra} X射线新观测资料研究ICM微物理。NGC 1404的星际介质（ISM）的特征是有一个尖锐的前缘，距离星系中心8 kpc，和一个短的下游气体尾部。由于NGC 1404的邻近性、{ \sl Chandra}的极好的空间分辨率和非常深（670 ksec）的曝光的组合，接触不连续性在前所未有的空间尺度（$0\farcs5=45$ \，pc）上被解决。在前缘，我们观察到了由Kelvin-Helmholtz不稳定性产生的亚kpc尺度的涡旋，并对热团簇等离子体的各向同性粘滞系数提出了5%的Spitzer上限.我们还观察到在下游剥离的尾巴，这提供了一个低粘度等离子体的进一步证据，热的星系团气体和较冷的星系气体之间的混合。假设ICM中的有序磁场应小于5\，$μ$ G，以允许KHI的发展。刚好在接触边缘外部缺乏明显的磁性覆盖层与这样的上限一致。
2016-12-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Re-Acceleration of Fossil Electrons by Shocks Encountering Hot Bubbles in the Outskirts of Galaxy Clusters
已知星系团中存在许多具有射电喷流的活动星系，这些射电喷流可以在团内介质（ICM）中膨胀形成具有相对论电子的射电泡。有人认为，化石相对论电子包含在残余泡沫从灭绝的射电星系可以重新加速到无线电发射能量的合并驱动的冲击通过扩散冲击加速（DSA），导致诞生的射电遗迹中检测到的集群。在这项研究中，我们假设这样的气泡主要包括从周围介质中夹带的热气体和动态无关紧要的相对论电子量。我们还考虑了几个现实的模型，在集群外围的磁场，包括ICM领域的规模与气体密度为$B_{\rm ICM}\propto n_{\rm ICM}^{0.5}$。然后，我们进行时间相关的DSA模拟的球形冲击，运行到一个较低的密度，但较高的温度气泡的比例$n_{\rm b}/n_{\rm ICM} \approx T_{\rm ICM}/T_{\rm b}\approx 0.5$。我们发现，在所考虑的情况下，气泡内部的激波速度增加了约20%，而马赫数减小了约15%。在这个再加速模型中，观测到的射电遗迹的性质，如射电通量，光谱指数，和综合频谱将主要取决于种子相对论电子和磁场轮廓以及冲击动力学的存在。因此，了解活动星系核如何在ICM中沉积化石电子，以及激波后下游磁场如何演化，对射电遗迹的详细模拟至关重要。
2018-12-14 astro-ph.HE
Magnetorotational instability in cool cores of galaxy clusters
星系团嵌入在光学薄，引力分层，弱磁化等离子体在系统的维里温度晕。由于辐射冷却和各向异性的热传导，这样的团内介质（ICM）受到局部不稳定性，这是热，磁热和热通量驱动的浮力不稳定性的组合。如果ICM显著旋转，则其稳定性特性被显著修改，并且特别地，磁旋转不稳定性（MRI）也可以发挥重要作用。我们研究简单的模型旋转冷核心集群，我们表明，MRI可以是占主导地位的不稳定性的显着部分的集群，与可能的影响的动力学和演变的冷核心。我们的研究结果进一步激励测量旋转的ICM与未来的X射线任务，如ASTRO-H和ATHENA。
2015-06-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
On the Energy Coupling Efficiency of AGN Outbursts in Galaxy Clusters
活动星系核（AGN）喷流被认为是解决团内介质（ICM）冷却流问题的重要途径，但其具体机制仍存在争议。在这里，我们提出了一个系统的研究能量耦合效率$η_{\rm cp}$，AGN喷流能量转移到ICM的分数。我们首先估计值的$η_{\rm cp}$分析在两个极端的情况下，这是进一步确认和扩展的参数研究的球形爆发在均匀介质中使用流体动力学模拟。我们发现，$η_{\rm cp}$增加从$\sim 0.4$的弱等压注入到$\gtrsim 0.8$的一个强大的点注入。对于任何给定的爆发能量，我们发现两个特征爆发功率，分开这两个极端的情况。然后，我们研究了在一个现实的ICM流体动力学模拟AGN喷流爆发的能量耦合效率，发现喷流爆发是本质上不同于球形爆发。对于强喷流和弱喷流爆发，$η_{\rm cp}$通常在$0.7-0.9$附近，部分原因是喷流爆发的非球形性质，它产生从热点发出的回流，显著增强喷出物-ICM相互作用。而对于强大的爆发的能量转移到ICM的射流的主要部分是由冲击耗散，冲击耗散只占$\lesssim 30\%$注入射流能量弱爆发。虽然强大的和弱的爆发都可以有效地加热冷却流，但强大的热能主导的射流在延迟中心冷却灾难的发生方面最有效。
2020-05-15 astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbulent Heating in Galaxy Clusters Brightest in X-rays
炽热的X射线发射的团内介质（ICM）是星系团的主要重子成分。在许多星系团的核心，ICM的辐射能量损失发生在比系统年龄短得多的时间尺度上。如果不加以控制，这种冷却将导致大量冷气体的积累和活跃的恒星形成，这与观测结果相矛盾。人们已经提出了各种能够补偿这些冷却损失的能源，最有希望的是通过相对论等离子体气泡的膨胀，由中央星系中的超大质量黑洞加热。不管最初的能量来源是什么，这种能量如何转移到ICM的问题仍然没有解决。在这里，我们提出了一个合理的解决方案，这个问题的基础上深钱德拉X射线天文台的数据和一个新的数据分析方法，使我们能够直接评估ICM加热率由于湍流耗散。我们发现湍流加热足以抵消辐射冷却，并且确实似乎在每个半径处局部平衡了它-因此，它可能是解决星系团核心以及更普遍的X射线大气中气体冷却问题的关键因素富系统。
2014-10-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Recent Progress in Modeling the Macro- and Micro-Physics of Radio Jet Feedback in Galaxy Clusters
本文综述近十年星系团射电喷流反馈的宏观与微观物理数值模拟进展，介绍了相关数值技术发展、模拟覆盖的物理过程及宇宙学环境应用，梳理了领域现状与待解决问题。
2023-06-13 astro-ph.GA astro-ph.HE
Surface brightness discontinuities in radio halos. Insights from the MeerKAT Galaxy Cluster Legacy Survey
本文利用 MeerKAT 星系团遗产巡天数据和梯度滤波边缘检测方法，在包括子弹星系团在内的多个射电晕中系统搜寻表面亮度间断，发现射电间断常与 X 射线热气体边缘共位，揭示了 ICM 中热与非热成分通过冻结磁场的强耦合，并证明射电观测可有效探测激波和冷锋。
2023-04-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
The interplay between cosmic rays and magnetic turbulence in galaxy clusters: radio halos and gamma rays
磁湍流与相对论粒子的相互作用是理解许多天体物理环境中粒子传播和加速的重要过程。在星系团合并过程中，团内介质（ICM）中会产生大尺度湍流，并影响其非热性质。巨型射电晕是在合并星系团中观测到的百万分之一秒尺度的同步辐射源，它可以探测湍流和非热星系团尺度辐射之间的联系。在讨论了ICM中湍流和湍流加速物理学的相关方面之后，我将重点讨论星系团非热辐射建模的最新进展。
2011-12-31 astro-ph.CO astro-ph.HE
Deep Synoptic Array science: Two fast radio burst sources in massive galaxy clusters
研究利用 DSA-110 发现两个宿主于大质量星系团的 FRB，结合多波段观测与 IllustrisTNG 模拟约束 ICM 性质，并展示未来 FRB 探测星系团外围气体的潜力。
2023-02-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Chandra view of Abell 407: the central compact group of galaxies and the interaction between the radio AGN and the ICM
Abell 407（A407）是一个独特的星系团，在30 kpc半径区域内拥有一个由9个星系（命名为“Zwicky's Nonet”; G1 - G9）组成的中央致密群。星团核心还拥有一个明亮的射电活动星系核（AGN），4C 35.06，螺旋扭曲的喷流延伸超过200 kpc。利用A407的44 ksChandra观测资料，研究了其团内介质和中心星系的X射线性质。A407的平均X射线温度为2.7 keV，$M_{200}$为$1.9 \times 10^{14} {M_{\odot}}$。我们认为，A407有一个弱冷核，在$r < 60$ kpc尺度，并在其最中心，$< 1$ -2 kpc半径，一个小的星系日冕与强射电活动星系核。我们还得出结论，AGN 4C 35.06的宿主星系最有可能是G3。我们认为，中央集团的星系正在经历一个“缓慢合并”的过程。合并时标的范围是$0.3\sim2.3$ Gyr，未来最亮的星团星系（BCG）的恒星质量将是$7.4\times10^{11} M_{\odot}$。我们发现与射电喷流重叠的区域具有较高的温度和金属丰度。这与活动星系核的反馈活动是一致的。星系团的中心熵比其他星系团的中心熵高，这可能是由于活动星系核的反馈和/或合并活动。有了所有这些事实，我们认为A407是本地宇宙中一个独特而罕见的系统，可以帮助我们了解大规模BCG的形成。
2022-02-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
Line-of-sight gas sloshing in the cool core of Abell 907
我们目前的视线气体晃动首次发现在一个星系团的冷核心。星系团Abell 907被确认为一个松弛星系团，这是由于钱德拉X射线天文台拍摄到的它的整体X射线表面亮度。然而，在去除团内介质（ICM）的全局发射之后的X射线剩余图像显示出在团核心中的弧形正过剩和围绕中心正过剩的负过剩，这反过来表明ICM的扰动。通过对这两个区域的X射线能谱分析，发现：（1）正过剩区的ICM温度和金属丰度分别低于和高于负过剩区;（2）ICM接近于压力平衡。我们还发现了正负过剩之间的轻微红移差异，这对应于$1680^{+1300}_{-920}$ km s $^{-1}$（$1σ$）的速度切变。的X射线残留图像和ICM属性是一致的视线气体晃动的预期。假设气体沿着视线彼此反向平行地移动，则剪切速度预期为$\sim 800$ km s $^{-1}$。该层速度场相对于热层速度场能够提供$\sim 34\%$的非热层压力支持。从剪切速度推断的总动能对应于晃动ICM的热光度的$\sim 30\%$。因此，阿贝尔907是对气体晃动发生在天空平面上的星系团的补充，对于理解晃动驱动的气体动力学及其对加热的影响以防止失控冷却是重要的。
2018-12-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
The impact of relativistic AGN jets on realistic galaxy cluster environments
Universitat de València（瓦伦西亚大学）
本研究通过三维相对论性流体动力学模拟，发现FRI型低功率喷流在真实星系团环境中通过弱激波高效加热星系团内介质，约80%动能转化为内能，为解决冷却流问题提供了可行方案。
2026-10-02 astro-ph.GA astro-ph.HE
Generation of Internal Waves by Buoyant Bubbles in Galaxy Clusters and Heating of Intracluster Medium
星系团核心的相对论性等离子体中的浮力气泡可能在将能量从超大质量黑洞传递到星系团内介质（ICM）的过程中起着关键作用，这一过程被称为射电模式AGN反馈。能量守恒保证了气泡在跨越几个压力标度高度后将其大部分能量损失给ICM。然而，负责将能量转移到ICM的实际过程仍在争论中。一个有吸引力的可能性是激发内波，内波被困在星系团的核心，最终消散。在这里，我们表明，这些波在分层集群大气中的有效激发的充分条件是扁平的气泡在径向方向。在我们的数值模拟中，我们模型的气泡现象作为刚体conventantly在分层集群大气中上升。我们发现扁平气泡的终极速度足够小，以至于Froude数${\rm Fr}\lesssim 1$。分层效应对平衡浮力的总阻力起主要作用。特别是，在模拟中可以看到明显的内波迹象。这些波从上升的气泡水平向下传播，将其能量传播到ICM的大体积上。如果将我们的发现与英仙座星系团的条件进行对比，那么在星系团核心附近，预期的终极速度为$\sim100-200{\,\rm km\,s^{-1}}$，这与Hitomi卫星的直接测量结果基本一致。
2018-02-25 astro-ph.GA astro-ph.HE
Diffuse Radio Emission from Galaxy Clusters
在越来越多的星系团中发现了弥散扩展射电源，这些射电源并不直接与单个星系团有关。射电辐射揭示了宇宙射线和磁场在团内介质（ICM）中的存在。我们将弥散星系团射电源分为射电晕、星系团射电激波（遗迹）和复活的活动星系核化石等离子体源。射电晕源可以进一步分为巨晕、小晕和可能的“中间”源。晕一般位于星系团中心，其亮度近似遵循热ICM的分布。星团射电激波（遗迹）是偏振源，主要发现于星团的外围。他们追踪合并引起的冲击波。复活的化石等离子体源的特点是其无线电陡峭的光谱和往往不规则的形态。在这篇综述中，我们给出了一个概述的性质的弥漫性集群无线电源，重点是最近的观测结果。我们讨论了由此产生的影响，在ICM的基本物理加速过程中，相对论化石等离子体的作用，ICM冲击和磁场的属性。我们还编制了一个更新的列表，将可在网上http://galaxyclusters.com的弥散簇射电源。最后，我们讨论了从宇宙网络中探测漫射无线电发射的问题。
2019-01-14 astro-ph.HE
Turbulence Dynamo in Galaxy Clusters
通过对同步辐射和法拉第旋转的观测，已经证实了星系团中微高斯磁场的存在。它们是由团内介质（ICM）中的湍流运动通过小尺度发电机产生的。另一方面，一些巨大的射电遗迹显示了同步辐射偏振矢量的结构，在$\sim$ Mpc的尺度上组织，挑战集群磁场的湍流起源。与星际介质中的湍流不同，ICM中的湍流是亚音速的。在高度分层的背景下，当集群的分层形成过程中发生重大合并时，它会偶尔被驱动。为了定量地研究这种ICM环境中湍流发电机的特性，我们使用高阶精度的磁流体动力学（MHD）程序进行了一组湍流模拟。我们发现，如果把ICM的MHD描述扩展到$\sim$ kpc尺度，湍流发电机可以在宇宙年龄内从$10^{-15}$ G左右的原始种子场产生观测水平的团簇磁场。然而，极化矢量的高度有组织的结构，例如在香肠遗迹中观察到的那些，很难通过由磁场产生的磁场的冲击压缩来再现。这意味着巨型射电遗迹的建模可能需要在$\sim$ Mpc尺度上组织的预先存在的磁场。
2019-08-12 astro-ph.HE
AGN jet feedback on a moving mesh: cocoon inflation, gas flows and turbulence
在许多观测到的星系团中，由吸积过程发射到超大质量黑洞上的喷流膨胀成充满高能相对论性等离子体的大尺度空洞。这一过程被认为是调节冷却损失的原因，从而减缓了气体流入中央星系，抑制了进一步的恒星形成，并使星系保持在红色和死亡状态。在本文中，我们实现了一个新的射流反馈方案到移动网格代码arepo，比较不同的射流注入技术，并证明我们的实施的有效性，通过比较简单的分析模型。我们发现，射流可以显着影响的群内介质（ICM），抵消过冷通过一些加热机制，以及驱动湍流，虽然在喷叶。然而，射流驱动的湍流在很大程度上是无效的热源，即使射流瓣有效地填充冷却区域，也不太可能主导ICM加热预算，因为它最多只包含总注入能量的百分之几。相反，我们表明，ICM气体运动，产生的轨道子结构，而在加热ICM效率低下，驱动大规模的湍流，并结合射流反馈时，导致视线的速度和速度分散与瞳观测的英仙座星系团一致。
2017-11-01 astro-ph.GA astro-ph.HE
Exploring the multiphase medium in MKW 08: from the central active galaxy up to cluster scales
研究非冷核星系团中最亮星系团（BCG）日冕对理解BCG在星系团演化中的作用以及星系团中心区域自调节冷却和加热机制的激活具有重要意义。我们探讨了NCC星系团MKW 08和BCG日冕的团内介质（ICM）及其界面区域的X射线性质。最近和深档案钱德拉观测，我们详细研究了BCG日冕，并与档案XMM-牛顿观测，我们调查的BCG中央活动星系核（AGN）的影响。我们进行成像和光谱分析MKW 08档案XMM牛顿和钱德拉X射线观测。我们的光谱分析表明，存在一个中心活动星系核的幂律与光子指数$Γ$ ~ 1.8在其核心的BCG。虽然ICM并没有表现出一个星系团尺度的冷核，但BCG表现出一个小型的冷核，其特征是在r = 3 kpc时冷却时间短至6400万年。BCG日冕的等温性似乎有利于中央AGN作为气体加热的主要来源的机械反馈。这个小型冷核的气压分布表明，BCG日冕气体与更热、密度更低的ICM在一个接近恒压的界面内达到压力平衡，该界面在银河系中心由半径4 < r < 10 kpc界定。由于存在一个延伸到40 kpc的金属富集尾（Z ~ 0.5 - 0.9 Solar），BCG日冕似乎正在经历周围ICM的冲压压力剥离和/或与附近的星系IC 1042相互作用。
2019-08-22 astro-ph.HE
Polarization of Sunyaev-Zeldovich signal due to electron pressure anisotropy in galaxy clusters
我们描述了极化的Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应与电子压力各向异性可能存在于集群内介质（ICM）。ICM是弱碰撞等离子体的天体物理学例子，其中带电粒子的拉莫尔频率大大超过它们的碰撞频率。这允许形成压力各向异性，通过绝热不变性由演化的磁场驱动，或由热通量驱动。SZ极化是在热ICM电子与宇宙微波背景（CMB）光子发生康普顿散射的过程中产生的，这是由于热ICM电子沿天平面内两个相互正交的方向的特征热速度不同造成的。该信号与包含大尺度相关各向异性的区域的光学深度以及各向异性本身的程度成线性比例。它与相对于CMB框架的星系团运动引起的极化（运动学SZ效应极化）具有相同的光谱依赖性，但可以通过其空间模式来区分。{对于具有冷锋的星系团的说明性情况，其中电子输运由库仑碰撞介导，我们估计CMB偏振度为10 $^{-8}$（$\sim 10$ nK）。由于等离子体不稳定性而增加的有效电子碰撞性将减小这种影响。因此，这种极化可能是ICM中电子碰撞性的一个独立的探测器，从天体物理学和等离子体理论的观点来看，ICM是高$β$弱碰撞等离子体的关键性质之一。
2017-11-08 astro-ph.HE
XRISM reveals low non-thermal pressure in the core of the hot, relaxed galaxy cluster Abell 2029
利用XRISM Resolve观测Abell 2029核心，测得ICM整体近静止、速度弥散169±10 km/s，对应非热压力仅2.6±0.3%，表明其异常弛豫。
2025-03-13 astro-ph.HE
Whistler-regulated MHD: Transport equations for electron thermal conduction in the high $β$ intracluster medium of galaxy clusters
建立了考虑经典碰撞和自生哨声波散射的高$β_e$团内介质（ICM）中电子热能的输运方程。计算采用了扩展的动力学电子方程沿周围的磁场在强散射的限制，并假设哨声波与低相速度$V_w\sim{v}_{te}/β_e\ll{v}_{te}$占主导地位的湍流谱，与$v_{te}$的电子热速度和$β_e\gg1$的电子热磁压力的比例。我们发现：（1）当$L_c>L/β_e$时，温度梯度驱动的哨声主导经典散射，其中$L_c$是经典电子平均自由程，$L$是电子温度标度长度;（2）在哨声主导的区域，电子热通量受$V_w$处的平流和可比扩散项的控制。研究结果表明，哨声限制了ICM大区域的电子热通量，包括等压凝结不稳定的位置。后果包括：（1）场长度减小，将热不稳定性的范围扩展到更小的长度尺度，（2）热通量温度依赖性从$T_e^{7/2}/L$变为$V_wnT_e\sim{T}_e^{1/2}$，（3）磁热和热通量驱动的浮力不稳定性被削弱或完全抑制，以及（4）ICM中的声波传播更远的距离，如从观测中推断的。这种热输运的描述可以用于大尺度ICM模式。
2021-08-27 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Inefficient Driving of Bulk Turbulence by Active Galactic Nuclei in a Hydrodynamic Model of the Intracluster Medium
中央喷射的活动星系核（AGN）似乎加热了冷却核心星系团和星系群中的团内介质（ICM）的核心区域，从而防止了冷却灾难。然而，引导动能流在整个ICM核心中被热化的物理机制仍然不清楚。我们研究了一个广泛讨论的机制，AGN诱导亚音速湍流的周围介质，其中的耗散提供ICM热源。通过受控的无粘三维流体动力学模拟，我们验证了爆炸性活动星系核事件可以发射重力波（g模式）到周围的ICM，这反过来又衰减到体积填充湍流。然而，在我们的模型中，这一过程被发现是低效的，只有不到1%的活动星系核活动注入的能量实际上最终进入了周围ICM的湍流。这个效率是一个数量级或更小的解释活动星系核反馈的观测星系团和集团的中心冷却时间短。其中g模式被强烈捕获/限制的大气具有甚至更低的效率，因为在这些模型中，湍流的激发依赖于g模式从簇的中心逃逸到体ICM中的能力。我们的研究结果表明，如果活动星系核引起的湍流确实是活动星系核加热ICM核心的机制，那么它的驱动可能依赖于我们理想的流体动力学模型中所捕获的物理学。
2015-11-10 astro-ph.HE
