LOFAR observations of SZ-selected galaxy clusters, and high-fidelity imaging

• Antragsteller: Professor Marcus Brüggen, Ph.D.; Professor Dr. Ulrich Klein
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 108727618

Sehr ausgedehnte Radiohalos in Galaxienhaufen liefern den besten Beweis für die Existenz eines relativistischen Plasmas (Teilchen und Magnetfelder) im intergalaktischen Medium (IGM). Die Natur dieser Mpc großen Gebiete, die Synchrotronstrahlung mit steilen Spektren emittieren und nicht direkt mir Galaxien identifiziert werden können, ist nach wie vor unklar. Im Rahmen dieses Projektes möchten wir die offenstehenden Fragen auf zwei Schienen verfolgen.Im ersten Unterprojekt soll geklärt werden, wie häufig Radiohalos vorkommen und ob ihre Radioleuchtkraft an ihre Masse geknüpft ist. Die dominierende baryonische Komponente, also das heiße Gas, kann sowohl über seine Röntgenstrahlung als auch über den Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -Effekt nachgewiesen werden. Die Röntgenstrahlung vieler Galaxienhaufen ist mit den Satelliten XMM und Chandra vermessen worden und wird ein Hauptziel der eRosita-Mission sein. Die SZ Signale wurden kürzlich im Rahmen der Planck-Mission für eine große Zahl von Galaxienhaufen gemessen und im Planck All-Sky Cluster Catalog zusammengestellt. Eine .große Stichprobe von Galaxienhaufen wird im Rahmen der Tier 1 Survey, einer kompletten Durchmusterung des Nordhimmels bei niedrigen Radiofrequenzen mit LOFAR, beobachtet werden. Diese systematische Durchmusterung von Galaxienhaufen bei den niedrigsten Radiofrequenzen wird ein bislang wesentliches Hindernis beim Vergleich der thermischen und nichtthermischen Komponenten in Galaxienhaufen beseitigen: das Fehlen eines homogenen Datensatzes bei niedrigen Frequenzen, das die relativistischen Elektronen mit bislang unerreichter Tiefe kartieren wird. Zudem wird die im Rahmen der Forschergruppe (Teilprojekt A 8) entwickelte dreidimensionalen "Faraday-Synthese" ein wichtiges tomographisches Werkzeug zur Erkundung der Magnetfeldstruktur in diesen Halos sein. Die Beziehung zwischen Radiokarten, der Magnetfeldverteilung sowie der Dichte des thermischen Gases wird den entscheidenden Hinweis zu dem Ursprung von Radiohalos liefern.In der zweiten Schiene dieses Projekts sollen Methoden erarbeitet werden, mit deren Hilfe wir bisherige Limitationen in der Qualität von Radiodaten beseitigen können. Diese werden die Unterscheidung der vielen Modelle zur Natur der Radiohalos und -relikte in Galaxienhaufen ermöglichen, was bisher aufgrund von Artefakten in den Radiokarten kaum möglich war' Das Ziel ist somit. Radiokarten hoher Güte zu erzeugen, wobei wir neben existierendem Archivmaterial auch auf neuen Daten von LOFAR (und anderen Teleskopen) zurückgreifen. Die so mittels der Multifrequenz-Bildverarbeitung erzeugten Karten höchster Qualität liefern dann die Verteilung der Intensität, des Spektralindex und dessen Krümmung. Außerdem werden wir polarimetrische Radiobeobachtungen von Galaxienhaufen prozessieren, indem wir auf innovative Methoden zurückgreifen: die RM-Synthese liefert spektrale Datenkuben, welche dreidimensionale Information über die Magnetfelder enthalten, und die Faraday-Synthese, welche die Apertur- und RM-Synthese in einem einzigen Schritt als dreidimensionalen Faraday-Datenkubus rekonstruiert. Ausgestattet mit diesen Werkzeugen sind wir in der Lage, die Effekte der Faraday-Depolarisation zu minimieren, die ansonsten die intrinsische Polarisation der Radiohalos in Galaxienhaufen verwaschen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1254: Magnetisation of Interstellar and Intergalactic Media: The Prospects of Low-Frequency Radio Observations
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr. Torsten Enßlin