Centaurus 銀河団におけるプラズマのバルク運動 2006/11/06 サロン 川埜直美 銀河団 銀河 : 可視光 銀河団プラズマ : X 線 ・ 数 100 ~ 数 1000 の銀河の集団 ダークマター : X 線、重力レンズ ・ 宇宙最大の自己重力系 より小規模のシステム（銀河.

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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 銀河 : 可視光 銀河団プラズマ : X 線 ・ 数 100 ~ 数 1000 の銀河の集団 ダークマター : X 線、重力レンズ ・ 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) Abell 2199 のイメージ ( 5 kpc x 5 kpc ) X-ray 可視光

2 もし ICM 中で bulk motion が起こっていると、 thermal velocity ≪ bulk velocity 全重力質量分布 ⇒ 静水圧平衡を仮定して測定 (2-3)×M X ~ M lense 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 bulk motion の有無は、銀河団の dynamics にとって非常に重要 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 P+ΔP P P 重力 ICM

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

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

5 Chandra による bulk motion の観測 (Dupke & Bregman 2006) 他の観測による cross confirmation が必要 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 中心 (2.3 ± 1.1)×10 3 km/s @ R-2 ⇔ R+3 bulk velocity gradient 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 (2.9 ± 0.7)×10 3 km/s @ PEAK- ⇔ PEAK+ PEAK- PEAK+ R-2 R+3 8 arcmin

6 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 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 XIS のエネルギー決定精度 (a) peak energy 機上の構成線源 55 Fe (Mn K α : 5.895 keV) ピークは 3 観測、 XIS0,2,3 間で < 0.1 % で一致 (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 % (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 % XIS エネルギースケールの系統誤差は、 ±0.13 % (1 sigma) ⇒ ± 10eV, ± 470 km/s center+offset1 center+offset2

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 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 ① He like Fe K α (6.70 keV) ② H like Fe K α (6.97 keV) ③ He like Ni K α (7.80 keV) ＋ He like Fe K β (7.90 keV) ③ He like Ni K α (7.80 keV) ＋ He like Fe K β (7.90 keV) simulation : E0 = 6.677 keV, σ0 = 27.8 eV ≪ Eres~70 eV simulation : E0 = 6.677 keV, σ0 = 27.8 eV ≪ Eres~70 eV model : 熱制動放射 + 3 つの gaussian asymmetric shape (26 lines) ⇒ gaussian でよいか ? asymmetric shape (26 lines) ⇒ gaussian でよいか ? ③ ② ①

8 bulk line shift : z = (E 0 -E obs )/E obs フィッティングで得られた peak energy, Eobs を用いて、 を各セルで見積もった結果、 = 6.6133 ± 0.0162 keV = 0.0097 ± 0.0024 z cluster = 0.0104 ± 0.002 consistent 数分スケールでの bulk motion は見つからなかった 52 個のセルで consistent な line shift

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

10 Discussion (a) Chandra で見つかった bulk motion Chandra Suzaku XIS PEAK- ⇔ PEAK+ 2900 ± 700 -660 ± 300 (660) -540 ±360 (660) 2400 ± 1000 R-2 ⇔ R+3 PSF の影響か ? 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 PEAK-,+ : Δv = 1700 km/s, R-2,+3 : Δv = 760 km/s Chandra の 90% lower limit の速度差を持たせて simulate +690 km/s +300 km/s XIS (690+960=1650) (300+1020=1320)

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 ( 重力 ) (ICM 圧力 ) (bulk 圧力 ) ICM 密度 : ρ gas ∝ r -1 bulk 回転速度 :σ r ∝ r β r ≡ ρ gas σ r / kT (kinetic energy ratio) f : bulk fraction (0 ≤ f ≤ 1) σr < |Δv| / 2 sinθ = 1100 km/s ⇒ (1+fβ r ) ≤ 3.6 σr < |Δv| / 2 = 700 km/s ⇒ (1+fβ r ) ≤ 2 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 2 bulk gas が σr ~ |Δv| / 2 で回転している仮定すると、

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 ・ 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 ・ 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 ・ 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