We present the compilation of a homogeneous sample and analysis of radio relics found in actual and mock sky surveys at 1.4 GHz. We aim at setting constraints on the physics of CR electrons and the magnetic fields in the ICM. As the observational data, we compile an updated catalog of radio relics found in the NRAO VLA Sky Survey. For the synthetic sky survey, we improve the scheme that we developed in (Nuza et al., 2017, MNRAS) by considering the amplification of magnetic fields through shock compression and a more careful consideration of the survey incompleteness towards compact radio relics. We investigate the synchrotron emission model of (Hoeft & Brueggen, 2007, MNRAS) - corresponding to DSA of electrons of ICM electrons from the thermal pool. We are the first to present the results of a likelihood-free parameter inference on ICM properties with approximate Bayesian computation. This approach is based on ranking samples of synthetic sky surveys against the observational data, each trial with an individual set of model parameters. While considerable agreement in detection counts and power-size distribution can be reached, observed relics tend to be farther away and have on average steeper integrated spectral index than their simulated counterparts for all reasonable parameter sets. The estimated fraction of thermalized shock energy put into electrons by the DSA mechanism is log10(xi_e) = 5.0 +- 0.2 at an \ICM magnetic field strength of log10(B_0/μG) = (1.4 +- 0.7) + 0.53^{+0.40}_{-0.49} log10(n_e/10^-4cm-3). The model also suggests that half the relics above a flux density of 3.6 mJy are yet undiscovered. Lastly, we show that an expansion of the modeling including a population of pre-existing CR-electrons in the ICM does not significantly improve the match between model and data. Our work demonstrates how sky surveys and cosmological simulations can be used to infer model parameters; radio relic surveys to study particle acceleration in the ICM.
Wir präsentieren eine homogene Zusammenstellung und Analyse von Radiorelikten in durchgeführten und synthetischen Himmelsdurchmusterungen bei 1.4 GHz. Unser Ziel ist es, die Physik der kosmischen Strahlung und die magnetischen Eigenschaften des Haufengases (engl. intracluster medium, ICM) zu bestimmen.
Als Datenbasis stellen wir einen aktualisierten Katalog von Radiorelikten innerhalb der NRAO VLA Sky Survey (Condon et al., 1998) zusammen. Für die synthetische Himmelsdurchmusterung verbessern wir den von uns in Nuza et al. (2017) entwickelten Ansatz, indem wir die Verstärkung von Magnetfeldern durch Stoßkompression und die Unvollständigkeit der Durchmusterung gegenüber kompakten Radiorelikten sorgfältiger betrachten. Wir untersuchen das Synchrotronemissionsmodell von Hoeft and Brüggen (2007), welches diffuse Stoßbeschleunigung (engl. diffusive shock acceleration, DSA) von thermischen Elektronen des Haufengases beschreibt.
Wir führen erstmals eine likelihood-freie Parameterabschätzung der Eigenschaften
des Haufengases mittels einer Approximativen Bayesianischen Berechnung durch.
Diese Abschätzungsmethode basiert auf dem Auswählen von synthetischen Himmelsdurchmusterungen nach größtmöglicher Ähnlichkeit zu den Beobachtungsdaten. Während eine deutliche Übereinstimmung in Detektionshäufigkeit und Leuchtkraft- Größenverteilung von Relikten erzielt werden kann, tendieren beobachtete Relikte weiter zur Peripherie der Galaxienhaufen und weisen ein im Mittel steileres Spektrum auf. Der geschätzte Anteil der thermalisierten Stoßwellenenergie, welcher durch DSA
in die Elektronen fließt, ist log10(xi_e) = 5.0 +- 0.2 bei Magnetfeldstärken des Haufengases
von log10(B_0/μG) = (1.4 +- 0.7) + 0.53^{+0.40}_{-0.49} log10(n_e/10^-4cm-3). Das Modell
lässt darauf schließen, dass die Hälfte der Relikte mit spektralen Flussdichten über 3.6 mJy noch unentdeckt ist. Zuletzt zeigen wir, dass eine Erweiterung des Modells mit bereits vorhandenen hoch-relativistischen Elektronen im Haufengas die Übereinstimmung
mit der Datenbasis nicht signifikant verbessert.
Unsere Arbeit zeigt, wie die Kombination von Himmelsdurchmusterungen und kosmologischen Simulationen zur Modellbildung genutzt werden kann, Radiorelikte im Speziellen für Modelle der Teilchenbeschleunigung und Magnetfelder im Haufengas.
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