Messung von Schwapp-, Verschmelzungs- und Rückkopplungsgeschwindigkeiten in Galaxienhaufen

Abstract

Wir haben eine neue Methode entwickelt, um die beobachtete Energie von Röntgenphotonen in Beobachtungen mit dem EPIC-pn-Detektor auf dem XMM-Newton-Satelliten zu korrigieren. Die Methode nutzt eine umfangreiche Sammlung von Archivbeobachtungen, um die räumlichen und zeitlichen Variationen des Detektors auf Basis der Energie von Hintergrund-Emissionslinien zu erfassen. Dank dieser Methode ist es möglich, die Geschwindigkeit von Strömungen in Galaxienhaufen mit einer Genauigkeit von 100 km/s aus der Messung der Rotverschiebung des Fe-K-Linienkomplexes zu bestimmen. Da die Hintergrundlinien nur in den Randbereichen des Detektors auftreten, sind spezielle Offset-Beobachtungen erforderlich, um diese Technik anzuwenden, oder es können große Objekte untersucht werden, die das gesamte Sichtfeld ausfüllen. Diese Methode war erfolgreich, als sie auf Archivbeobachtungen der Galaxienhaufen Perseus und Coma angewendet wurde, und im Rahmen eines früheren Projekts wurden sehr lange Beobachtungen der Galaxienhaufen Virgo und Centaurus mit XMM-Newton durchgeführt. Hier berichten wir über eine lange Beobachtungskampagne des Galaxienhaufens Ophiuchus. Wir haben unser Korrekturverfahren aktualisiert, um den neuesten Archivdatensatz und die aktuelle Version der XMM-Newton-Analyse-Software zu verwenden. Der zentrale Teil des Projekts, die Kartierung der Geschwindigkeitsstruktur im Ophiuchus-Haufen, wurde abgeschlossen. Wir haben Profile und Karten der Geschwindigkeiten des heißen Gases im Haufen unter Verwendung der EPIC-pn-Daten erstellt. Wir haben eine große Schnittstelle zwischen rot- und blauverschobenen Bereichen etwa 150 kpc östlich des Haufenkerns identifiziert, die Hinweise auf begrenzte Metallmischung zeigt und durch Diskontinuitäten in der Röntgen-Oberflächenhelligkeit nachverfolgt werden kann. Diese umfangreichen Beobachtungskampagnen ermöglichen auch die Messung von Geschwindigkeitsstrukturfunktionen innerhalb der Systeme, die die Geschwindigkeitsvariationen in Abhängigkeit von der Skala darstellen. Im Fall von Ophiuchus gibt es Hinweise auf eine multimodale Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion. Wir haben außerdem die Metallhäufigkeiten und ihre radiale Abhängigkeit gemessen. Durch die Modellierung der X/Fe-Verhältnisprofile mit einer linearen Kombination aus Typ-SNIa- und SNcc-Supernovae haben wir festgestellt, dass das SNIa-Verhältnis in der gesamten Anreicherung des Haufens ein Szenario einer frühen Anreicherung des Intrahaufenmediums (ICM) unterstützt, wobei die meisten Metalle vor der Haufenbildung entstanden sind. Unsere Arbeit war erfolgreich und hat zu fünf Publikationen geführt. Die Ergebnisse dieses Projekts unterstreichen die Leistungsfähigkeit unserer Korrekturmethode, die zur Aufnahme neuer tiefgehender Daten von den Haufen A3266 und A2029 geführt hat. We have developed a new method to correct the observed energy of X-ray photons in observations with the EPIC-pn detector on the XMM-Newton satellite. The method uses a large set of archival observations to capture the spatial and temporal variation of the detector based on the energy of background emission lines. Thanks to this method, it is possible to determine the velocity of flows in galaxy clusters with an accuracy of 100 km/s from the measurement of the redshift of the Fe-K line complex. Since the background lines are only present in the fringes of the detector, special offset observations are required to apply this technique, or large objects that fill the field of view can be studied. This method was successful when applied to archival observations of the Perseus and Coma galaxy clusters, and very long observations of the Virgo and Centaurus galaxy clusters with XMM-Newton were obtained in a previous project. Here, we report on a long observational campaign to observe the Ophiuchus galaxy cluster. We have updated our correction procedure to use the latest archival data set and the XMM-Newton analysis software version. The central part of the project, mapping the velocity structure in the Ophiuchus, was completed. We produced profiles and maps of the hot gas velocity in the cluster using the EPIC-pn data. We have found a large redshifted-blueshifted interface approximately 150 kpc eastward from the cluster core was identified, displaying indications of limited metal mixing and traced by discontinuities in X-ray surface brightness. These large observational campaigns also enable measuring velocity structure functions within the systems, representing the velocity variation with scale. In the case of Ophiuchus, there are hints of a multimodal probability distribution function. We also measured the abundances and their radial dependence. By modeling the X/Fe ratio profiles with a linear combination of type SNIa and SNcc, we determined that the SNIa ratio in the total cluster enrichment supports an early ICM enrichment scenario for all sources, with most metals produced before clustering. Our work has been successful and has resulted in five publications. The results of this project underline the power of our correction method, which has led to the acquisition of new deep data from the A3266 and A2029 clusters.