星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域熱氣體二維溫度結(jié)構(gòu)探測(cè)和熱力學(xué)成分研究.pdf

1、在本論文中,利用新一代X射線天文衛(wèi)星的高空間和高能量分辨能力,我們分析了星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域氣體的二維溫度結(jié)構(gòu)特征和熱力學(xué)成分,從而為解決星系團(tuán)氣體加熱機(jī)制等重要前沿課題提供了觀測(cè)約束。同時(shí),進(jìn)一步定量評(píng)估了探測(cè)到的二維溫度結(jié)構(gòu)以及其對(duì)應(yīng)的氣體加熱對(duì)測(cè)量星系團(tuán)總引力質(zhì)量輪廓所造成的影響。
　　 (一)使用高質(zhì)量Chandra觀測(cè)數(shù)據(jù),我們分析了紅移為0.1左右的九個(gè)星系團(tuán)中央400h-171 kpc區(qū)域的二維氣體溫度分布。應(yīng)用小波變換

2、和傅里葉功率譜方法,我們探測(cè)到了尺度為100h-171 kpc左右的顯著二維溫度結(jié)構(gòu)。這些二維溫度結(jié)構(gòu)的氣體溫度比周?chē)鷼怏w溫度高約2-3 keV,所對(duì)應(yīng)的能量超出為1058-60 erg。考慮到星系團(tuán)氣體中典型的湍流速度為200-400 km s-1,這些二維溫度結(jié)構(gòu)的有效熱傳導(dǎo)時(shí)標(biāo)約為108-109年,比氣體冷卻時(shí)間小一個(gè)量級(jí)。因此,可以排除非均勻輻射冷卻造成這些溫度結(jié)構(gòu)的可能性。通過(guò)計(jì)算由中央AGN爆發(fā)所導(dǎo)致的氣泡狀結(jié)構(gòu)上升時(shí)標(biāo),我

3、們推測(cè)中央AGN反饋加熱[1]有可能是形成這些二維溫度結(jié)構(gòu)的主要機(jī)制。
　　 為了進(jìn)一步定量估計(jì)星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域的二維溫度結(jié)構(gòu)對(duì)總引力質(zhì)量分布的X射線測(cè)量造成的偏離,我們分析了一個(gè)包含65個(gè)X射線亮星系團(tuán)樣本的二維溫度分布和總引力質(zhì)量輪廓。在流體靜力學(xué)假定下,利用傳統(tǒng)角向平均方法得到的星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域總引力質(zhì)量輪廓顯著偏離于扣除探測(cè)到的二維溫度結(jié)構(gòu)后的總引力質(zhì)量輪廓,最大偏離為10-75％。這反映了目前利用X射線方法測(cè)量星系團(tuán)中央?yún)^(qū)

4、域暗物質(zhì)分布的精度上限。同時(shí)這一工作也為將來(lái)精確計(jì)算星系團(tuán)質(zhì)量輪廓提供了條件。
　　 (二)為了更全面地研究星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域氣體的熱力學(xué)狀態(tài)及其成分,我們分析了一個(gè)鄰近的典型cD星系團(tuán)A1795的高質(zhì)量Chandra、XMM-Newton和Suzaku觀測(cè)數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)在中央80h-171 kpc區(qū)域內(nèi)主要存在兩相星系團(tuán)氣體成分,其低溫成分和高溫成分的特征溫度分別為2.0-2.4 keV和5.0-5.7 keV。同時(shí),我們探測(cè)到了

5、一個(gè)較弱的0.8 keV成分,對(duì)應(yīng)中央cD星系內(nèi)氣體。通過(guò)對(duì)比二維輻射量度(emission measure)比值和金屬豐度分布,我們發(fā)現(xiàn)在半徑為50-100h-171kpc區(qū)域內(nèi)低溫成分含有較高的金屬豐度。采用cD corona模型[2],我們解釋了觀測(cè)得到的兩相氣體溫度、密度和輻射量度分布。在此模型中,因受到星系團(tuán)磁場(chǎng)的約束氣體低溫成分分布于星系團(tuán)中央?yún)^(qū)域,且與周?chē)邷爻煞直３只窘^熱。另外,由于此模型預(yù)言的加熱源尺度和星系團(tuán)中央射