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Abell 0399–Abell 0401 radio bridge spectral index: First multi-frequency detection
Astronomy & Astrophysics ( IF 5.4 ) Pub Date : 2024-05-17 , DOI: 10.1051/0004-6361/202450051 G.V. Pignataro , A. Bonafede , G. Bernardi , F. de Gasperin , G. Brunetti , T. Pasini , F. Vazza , N. Biava , J.M.G.H. de Jong , R. Cassano , A. Botteon ,
Astronomy & Astrophysics ( IF 5.4 ) Pub Date : 2024-05-17 , DOI: 10.1051/0004-6361/202450051 G.V. Pignataro , A. Bonafede , G. Bernardi , F. de Gasperin , G. Brunetti , T. Pasini , F. Vazza , N. Biava , J.M.G.H. de Jong , R. Cassano , A. Botteon ,
Aims. Recent low-frequency radio observations at 140 MHz discovered a bridge of diffuse emission with a length of 3 Mpc that connects the galaxy clusters Abell 0399 and Abell 0401. We present follow-up observations at 60 MHz to constrain the spectral index of the bridge, which has only been detected at 140 and 144 MHz so far.Methods. We analysed deep (∼18 h) LOw Frequency ARray (LOFAR) Low Band Antenna (LBA) data at 60 MHz to detect the bridge at very low frequencies. We then conducted a multi-frequency study with LOFAR HBA data at 144 MHz and uGMRT data at 400 MHz. Assuming second-order Fermi mechanisms for the re-acceleration of relativistic electrons driven by turbulence in the radio bridge regions, we compared the observed radio spectrum with theoretical synchrotron models.Results. The bridge is detected in the 75″ resolution LOFAR image at 60 MHz, and its emission fully connects the region between the two galaxy clusters. Between 60 MHz and 144 MHz, we found an integrated spectral index value of for the bridge emission. For the first time, we produced spectral index and related uncertainties maps for a radio bridge. We produce a radio spectrum that shows a significant steepening between 144 and 400 MHz.Conclusions. This detection at low frequencies provides important information for models of particle acceleration and magnetic field structure on very extended scales. The spectral index gives important clues about the origin of inter-cluster diffuse emission. The steepening of the spectrum above 144 MHz can be explained in a turbulent re-acceleration framework, assuming that the acceleration timescales are longer than ∼200 Myr.
中文翻译：
Abell 0399–Abell 0401 无线电桥频谱索引：首次多频率检测
目标。最近在 140 MHz 的低频射电观测发现了一个长度为 3 Mpc 的漫发射桥，它连接星系团 Abell 0399 和 Abell 0401。我们在 60 MHz 进行后续观测，以限制桥的光谱指数，迄今为止仅在 140 和 144 MHz 下检测到。方法。我们分析了 60 MHz 的深层（~18 小时）低频阵列 (LOFAR) 低频带天线 (LBA) 数据，以在极低频率下检测桥梁。然后，我们使用 144 MHz 的 LOFAR HBA 数据和 400 MHz 的 uGMRT 数据进行了多频率研究。假设无线电桥区域中的湍流驱动的相对论电子的再加速采用二阶费米机制，我们将观测到的无线电频谱与理论同步加速器模型进行了比较。结果。该桥在 60 MHz 的 75 英寸分辨率 LOFAR 图像中被检测到，其发射完全连接了两个星系团之间的区域。在 60 MHz 和 144 MHz 之间，我们发现桥发射的综合频谱指数值为 。我们首次为无线电桥制作了频谱指数和相关的不确定性图。我们生成的无线电频谱显示 144 至 400 MHz 之间显着陡峭。结论。这种低频检测为非常大尺度上的粒子加速和磁场结构模型提供了重要信息。光谱指数提供了有关簇间漫射发射起源的重要线索。假设加速时间尺度长于~200 Myr，144 MHz 以上频谱的陡峭可以在湍流再加速框架中解释。
更新日期：2024-05-17
中文翻译：
Abell 0399–Abell 0401 无线电桥频谱索引：首次多频率检测
目标。最近在 140 MHz 的低频射电观测发现了一个长度为 3 Mpc 的漫发射桥，它连接星系团 Abell 0399 和 Abell 0401。我们在 60 MHz 进行后续观测，以限制桥的光谱指数，迄今为止仅在 140 和 144 MHz 下检测到。方法。我们分析了 60 MHz 的深层（~18 小时）低频阵列 (LOFAR) 低频带天线 (LBA) 数据，以在极低频率下检测桥梁。然后，我们使用 144 MHz 的 LOFAR HBA 数据和 400 MHz 的 uGMRT 数据进行了多频率研究。假设无线电桥区域中的湍流驱动的相对论电子的再加速采用二阶费米机制，我们将观测到的无线电频谱与理论同步加速器模型进行了比较。结果。该桥在 60 MHz 的 75 英寸分辨率 LOFAR 图像中被检测到，其发射完全连接了两个星系团之间的区域。在 60 MHz 和 144 MHz 之间，我们发现桥发射的综合频谱指数值为 。我们首次为无线电桥制作了频谱指数和相关的不确定性图。我们生成的无线电频谱显示 144 至 400 MHz 之间显着陡峭。结论。这种低频检测为非常大尺度上的粒子加速和磁场结构模型提供了重要信息。光谱指数提供了有关簇间漫射发射起源的重要线索。假设加速时间尺度长于~200 Myr，144 MHz 以上频谱的陡峭可以在湍流再加速框架中解释。
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