Cosmic ray transport in galaxy clusters: Implications for radio halos, gamma-ray signatures, and cool core heating

Astronomy and Astrophysics

Volumn 527, Issue 12, 2011, Pages

  Ensslin T ^a   Pfrommer, C ^b   Miniati, F ^c   Subramanian, K ^d  

^a MAX PLANCK INSTITUT FÜR ASTROPHYSIK   (Germany)

^b UNIVERSITY OF TORONTO   (Canada)

^c ETH ZURICH   (Switzerland)

^d INTER UNIVERSITY CENTRE FOR ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS   (India)

Author keywords

acceleration of particles; astroparticle physics; galaxies: clusters: intracluster medium; gamma rays: galaxies: clusters; magnetic fields; radio continuum: galaxies

Indexed keywords

ACCELERATION OF PARTICLES; ASTROPARTICLE PHYSICS; COOLING RATES; ENERGY DENSITY PROFILE; ENERGY DEPENDENCE; FIRST ORDER; GALAXIES: CLUSTERS: INTRACLUSTER MEDIUM; GALAXY CLUSTERS; GAMMA-RAY EMISSION; GAS MOTION; HADRONIC INTERACTIONS; LOW ENERGIES; NATURAL CONSEQUENCES; NUMBER DENSITY; PROTON INTERACTIONS; RADIAL PROFILES; RADIO CONTINUUM: GALAXIES; RADIO HALO; RE-ACCELERATION; SOUND VELOCITIES; STRATIFIED ATMOSPHERE; STREAMING VELOCITY; TARGET DENSITY; TRANSPORT PROCESS; WAVE ENERGY DENSITY;

ACCELERATION; ADVECTION; COSMIC RAYS; GALAXIES; MAGNETIC FIELD EFFECTS; PARTICLE ACCELERATORS; PLASMA WAVES; PROTONS; SPATIAL DISTRIBUTION; STARS; TURBULENCE; WAVE ENERGY CONVERSION;

GAMMA RAYS;

EID: 79551604012     PISSN: 00046361     EISSN: 14320746     Source Type: Journal    
DOI: 10.1051/0004-6361/201015652     Document Type: Article

References (188)

1. Achterberg, A. 1981, A&A, 98, 161
2. Ackermann, M., Ajello, M., Allafort, A., et al. 2010, ApJ, 717, L71
3. Ajello, M., Rebusco, P., Cappelluti, N., et al. 2009, ApJ, 690, 367
4. Ajello, M., Rebusco, P., Cappelluti, N., et al. 2010, ApJ, 725, 1688
5. Aleksić, J., Antonelli, L. A., Antoranz, P., et al. 2010, ApJ, 710, 634
6. Allen, S. W., Fabian, A. C., Johnstone, R. M., Edge, A. C., & Nulsen, P. E. J. 1992, MNRAS, 254, 51
7. Atoyan, A. M., & Völk, H. J. 2000, ApJ, 535, 45
8. Bacchi, M., Feretti, L., Giovannini, G., & Govoni, F. 2003, A&A, 400, 465
9. Bagchi, J., Durret, F., Neto, G. B. L., & Paul, S. 2006, Science, 314, 791
10. Bagchi, J., Enßlin, T. A., Miniati, F., et al. 2002, New A, 7, 249
11. Balbus, S. A. 2000, ApJ, 534, 420
12. Battaglia, N., Pfrommer, C., Sievers, J. L., Bond, J. R., & Enßlin, T. A. 2009, MNRAS, 393, 1073
13. Baum, S. A., & O'Dea, C. P. 1991, MNRAS, 250, 737
14. Berezinsky, V. S., Blasi, P., & Ptuskin, V. S. 1997, ApJ, 487, 529
15. Berrington, R. C., & Dermer, C. D. 2003, ApJ, 594, 709
16. Bieber, J. W., & Matthaeus, W. H. 1997, ApJ, 485, 655
17. Blasi, P., & Colafrancesco, S. 1999, Astropart. Phys., 12, 169
18. Böhringer, H., Schuecker, P., Guzzo, L., et al. 2004, A&A, 425, 367
19. Bonafede, A., Feretti, L., Giovannini, G., et al. 2009, A&A, 503, 707
20. Bowyer, S., & Berghöfer, T. W. 1998, ApJ, 506, 502
21. Brandenburg, A. 2003, Computational Aspects of Astrophysical MHD and Turbulence, ed. A. Ferriz-Mas, & M. Núñez, 269
22. Brandenburg, A., & Dobler, W. 2002, Hydromagnetic Turbulence in Computer Simulations, 147, 471
23. Brandenburg, A., & Subramanian, K. 2005, Phys. Rep., 417, 1
24. Brentjens, M. A. 2008, A&A, 489, 69
25. Bridle, A. H., & Fomalont, E. B. 1976, A&A, 52, 107
26. Bridle, A. H., Fomalont, E. B., Miley, G. K., & Valentijn, E. A. 1979, A&A, 80, 201
27. Brüggen, M., Enßlin, T. A., & Miniati, F. 2003, unpublished [arXiv:0309612].
28. Brunetti, G. 2009, A&A, 508, 599
29. Brunetti, G., & Blasi, P. 2005, MNRAS, 363, 1173
30. Brunetti, G., & Lazarian, A. 2007, MNRAS, 378, 245
31. Brunetti, G., & Lazarian, A. 2011, MNRAS, 410, 127
32. Brunetti, G., Setti, G., Feretti, L., & Giovannini, G. 2001, MNRAS, 320, 365
33. Brunetti, G., Blasi, P., Cassano, R., & Gabici, S. 2004, MNRAS, 350, 1174
34. Brunetti, G., Cassano, R., Dolag, K., & Setti, G. 2009, A&A, 507, 661
35. Bryan, G. L., & Norman, M. L. 1998, ApJ, 495, 80
36. Buote, D. A. 2001, ApJ, 553, L15
37. Cassano, R., Brunetti, G., & Setti, G. 2006, MNRAS, 369, 1577
38. Cassano, R., Brunetti, G., Setti, G., Govoni, F., & Dolag, K. 2007, MNRAS, 378, 1565
39. Cassano, R., Brunetti, G., Venturi, T., et al. 2008, A&A, 480, 687
40. Cassano, R., Ettori, S., Giacintucci, S., et al. 2010, ApJ, 721, L82
41. Cavagnolo, K. W., Donahue, M., Voit, G. M., & Sun, M. 2009, ApJS, 182, 12
42. Cesarsky, C. J., & Völk, H. J. 1978, A&A, 70, 367
43. Churazov, E., Sunyaev, R., Forman, W., & Böhringer, H. 2002, MNRAS, 332, 729
44. Clarke, T. E., & Enßlin, T. A. 2006, AJ, 131, 2900
45. Clarke, T. E., Kronberg, P. P., & Böhringer, H. 2001, ApJ, 547, L111
46. Colafrancesco, S., & Marchegiani, P. 2008, A&A, 484, 51
47. Colafrancesco, S., Dar, A., & De Rújula, A. 2004, A&A, 413, 441
48. Dallacasa, D., Brunetti, G., Giacintucci, S., et al. 2009, ApJ, 699, 1288
49. Deiss, B. M., Reich, W., Lesch, H., & Wielebinski, R. 1997, A&A, 321, 55
50. Dennison, B. 1980, ApJ, 239, L93
51. Dolag, K., & Enßlin, T. A. 2000, A&A, 362, 151
52. Dolag, K., Vazza, F., Brunetti, G., & Tormen, G. 2005, MNRAS, 364, 753
53. Donnert, J., Dolag, K., Brunetti, G., Cassano, R., & Bonafede, A. 2010a, MNRAS, 401, 47
54. Donnert, J., Dolag, K., Cassano, R., & Brunetti, G. 2010b, MNRAS, 407, 1565
55. Duffy, P., Kirk, J. G., Gallant, Y. A., & Dendy, R. O. 1995, A&A, 302, L21
56. Ebeling, H., Voges, W., Bohringer, H., et al. 1996, MNRAS, 281, 799
57. Ebeling, H., Edge, A. C., Bohringer, H., et al. 1998, MNRAS, 301, 881
58. Ebeling, H., Edge, A. C., Allen, S. W., et al. 2000, MNRAS, 318, 333
59. Ebeling, H., Barrett, E., Donovan, D., et al. 2007, ApJ, 661, L33
60. Enßlin, T. A. 2002, A&A, 396, L17
61. Enßlin, T. A. 2003, A&A, 399, 409
62. Enßlin, T. A., & Biermann, P. L. 1998, A&A, 330, 90
63. Enßlin, T. A., & Gopal-Krishna. 2001, A&A, 366, 26
64. Enßlin, T. A., & Brüggen, M. 2002, MNRAS, 331, 1011
65. Enßlin, T. A., & Vogt, C. 2006, A&A, 453, 447
66. Enßlin, T. A., Biermann, P. L., Kronberg, P. P., & Wu, X.-P. 1997, ApJ, 477, 560
67. Enßlin, T. A., Biermann, P. L., Klein, U., & Kohle, S. 1998, A&A, 332, 395
68. Enßlin, T. A., Simon, P., Biermann, P. L., et al. 2001, ApJ, 549, L39
69. Enßlin, T. A., Pfrommer, C., Springel, V., & Jubelgas, M. 2007, A&A, 473, 41
70. Fabian, A. C., Sanders, J. S., Crawford, C. S., et al. 2003, MNRAS, 344, L48
71. Faltenbacher, A., Kravtsov, A. V., Nagai, D., & Gottlöber, S. 2005, MNRAS, 358, 139
72. Felice, G. M., & Kulsrud, R. M. 2001, ApJ, 553, 198
73. Feretti, L. 2002, in The Universe at Low Radio Frequencies, ed. A. Pramesh Rao, G. Swarup, & Gopal-Krishna, IAU Symp., 199, 133
74. Feretti, L., Fusco-Femiano, R., Giovannini, G., & Govoni, F. 2001, A&A, 373, 106
75. Feretti, L., Brunetti, G., Giovannini, G., et al. 2004a, J. Kor. Astron. Soc., 37, 315
76. Feretti, L., Burigana, C., & Enßlin, T. A. 2004b, New A Rev., 48, 1137
77. Gardini, A., & Ricker, P. M. 2004, Modern Phys. Lett. A, 19, 2317
78. Giacalone, J., & Jokipii, J. R. 1999, ApJ, 520, 204
79. Giacintucci, S. 2007, Ph.D. Thesis, University of Bologna
80. Giacintucci, S., Venturi, T., Macario, G., et al. 2008, A&A, 486, 347
81. Giacintucci, S., Venturi, T., Brunetti, G., et al. 2009, A&A, 505, 45
82. Giovannini, G., & Feretti, L. 2000, New Astron., 5, 335
83. Giovannini, G., Feretti, L., Venturi, T., Kim, K. T., & Kronberg, P. P. 1993, ApJ, 406, 399
84. Gitti, M., Brunetti, G., Feretti, L., & Setti, G. 2004, A&A, 417, 1
85. Goss, W. M., Ekers, R. D., Skellern, D. J., & Smith, R. M. 1982, MNRAS, 198, 259
86. Gould, R. J. 1972a, Physica, 58, 379
87. Gould, R. J. 1972b, Physica, 60, 145
88. Govoni, F., Enßlin, T. A., Feretti, L., & Giovannini, G. 2001a, A&A, 369, 441
89. Govoni, F., Feretti, L., Giovannini, G., et al. 2001b, A&A, 376, 803
90. Govoni, F., Markevitch, M., Vikhlinin, A., et al. 2004, ApJ, 605, 695
91. Govoni, F., Murgia, M., Feretti, L., et al. 2005, A&A, 430, L5
92. Guo, F., & Oh, S. P. 2008, MNRAS, 384, 251
93. Hanasz, M., Kowalik, K., Wóltański, D., & Pawłaszek, R. 2010a, in EAS Publications Ser., ed. K. Gozdziewski, A. Niedzielski, & J. Schneider, 42, 275
94. Hanasz, M., Kowalik, K., Wóltański, D., Pawłaszek, R., & Kornet, K. 2010b, in EAS Publications Ser., ed. K. Gozdziewski, A. Niedzielski, & J. Schneider, 42, 281
95. Hanasz, M., & Lesch, H. 2003, A&A, 412, 331
96. Haugen, N. E., Brandenburg, A., & Dobler, W. 2004, Phys. Rev. E, 70, 016308
97. Hoeft, M., & Brüggen, M. 2007, MNRAS, 375, 77
98. Hoeft, M., Brüggen, M., & Yepes, G. 2004, MNRAS, 347, 389
99. Hoeft, M., Brüggen, M., Yepes, G., Gottlöber, S., & Schwope, A. 2008, MNRAS, 391, 1511
100. Holman, G. D., Ionson, J. A., & Scott, J. S. 1979, ApJ, 228, 576
101. Iapichino, L., Adamek, J., Schmidt, W., & Niemeyer, J. C. 2008, MNRAS, 388, 1079
102. Iapichino, L., & Niemeyer, J. C. 2008, MNRAS, 388, 1089
103. Inogamov, N. A., & Sunyaev, R. A. 2003, Astron. Lett., 29, 791
104. Jeltema, T. E., & Profumo, S. 2010, ApJ, accepted [arXiv:1006.1648]
105. Jokipii, J. R. 1966, ApJ, 146, 480
106. Jokipii, J. R. 1967, ApJ, 149, 405
107. Jones, P. A., & McAdam, W. B. 1992, ApJS, 80, 137
108. Jubelgas, M., Springel, V., Enßlin, T., & Pfrommer, C. 2008, A&A, 481, 33
109. Kaiser, C. R., & Cotter, G. 2002, MNRAS, 336, 649
110. Kale, R., & Dwarakanath, K. S. 2010, ApJ, 718, 939
111. Kassim, N. E., Clarke, T. E., Enßlin, T. A., Cohen, A. S., & Neumann, D. M. 2001, ApJ, 559, 785
112. Kempner, J. C., Blanton, E. L., Clarke, T. E., et al. 2004, in The Riddle of Cooling Flows in Galaxies and Clusters of galaxies Keshet, U. 2010, [arXiv:1011.0729]
113. Keshet, U., & Loeb, A. 2010, ApJ, 722, 737
114. Keshet, U., Waxman, E., & Loeb, A. 2004, New A Rev., 48, 1119
115. Kim, K., Kronberg, P. P., Dewdney, P. E., & Landecker, T. L. 1990, ApJ, 355, 29
116. Kuchar, P., & Enßlin, T. A. 2009, [arXiv:0912.3930]
117. Kulsrud, R., & Pearce, W. P. 1969, ApJ, 156, 445
118. Kulsrud, R. M. 2005, Plasma Physics for Astrophysics, ed. R. M. Kulsrud Kulsrud, R. M., & Cesarsky, C. J. 1971, Astrophys. Lett., 8, 189
119. Kushnir, D., Katz, B., & Waxman, E. 2009, J. Cosmology Astropart. Phys., 9, 24
120. Liang, H., Hunstead, R. W., Birkinshaw, M., & Andreani, P. 2000, ApJ, 544, 686
121. Lighthill, M. J. 1952, Royal Society of London Proc. Ser. A, 211, 564
122. Lighthill, M. J. 1954, Royal Society of London Proc. Ser. A, 222, 1
123. Maier, A., Iapichino, L., Schmidt, W., & Niemeyer, J. C. 2009, ApJ, 707, 40
124. Markevitch, M., & Vikhlinin, A. 2001, ApJ, 563, 95
125. Masson, C. R., & Mayer, C. J. 1978, MNRAS, 185, 607
126. Michalek, G., & Ostrowski, M. 1997, A&A, 326, 793
127. Michalek, G., & Ostrowski, M. 1998, A&A, 337, 558
128. Miniati, F. 2001, Comp. Phys. Commun., 141, 17
129. Miniati, F. 2002, MNRAS, 337, 199
130. Miniati, F. 2003, MNRAS, 342, 1009
131. Miniati, F. 2007, J. Comput. Phys., 227, 776
132. Miniati, F., Jones, T. W., Kang, H., & Ryu, D. 2001a, ApJ, 562, 233
133. Miniati, F., Koushiappas, S. M., & Di Matteo, T. 2007, ApJ, 667, L1
134. Miniati, F., Ryu, D., Kang, H., & Jones, T. W. 2001b, ApJ, 559, 59
135. Miniati, F., Ryu, D., Kang, H., et al. 2000, ApJ, 542, 608
136. Molendi, S. 2008, in The X-ray Universe 2008
137. Narayan, R., & Medvedev, M. V. 2001, ApJ, 562, L129
138. Parrish, I. J., & Stone, J. M. 2007, ApJ, 664, 135
139. Parrish, I. J., Stone, J. M., & Lemaster, N. 2008, ApJ, 688, 905
140. Paul, S., Iapichino, L., Miniati, F., Bagchi, J., & Mannheim, K. 2011, ApJ, 726, A17
141. Pfrommer, C. 2008, MNRAS, 385, 1242
142. Pfrommer, C., & Enßlin, T. A. 2004a, A&A, 413, 17
143. Pfrommer, C., & Enßlin, T. A. 2004b, MNRAS, 352, 76
144. Pfrommer, C., & Dursi, J. L. 2010, Nature Physics, 6, 520
145. Pfrommer, C., Springel, V., Enßlin, T. A., & Jubelgas, M. 2006, MNRAS, 367, 113
146. Pfrommer, C., Enßlin, T. A., & Springel, V. 2008, MNRAS, 385, 1211
147. Pinzke, A., & Pfrommer, C. 2010, MNRAS, 409, 449
148. Rafferty, D. A., McNamara, B. R., & Nulsen, P. E. J. 2008, ApJ, 687, 899
149. Rechester, A. B., & Rosenbluth, M. N. 1978, Phys. Rev. Lett., 40, 38
150. Reiprich, T. H., & Böhringer, H. 2002, ApJ, 567, 716
151. Rephaeli, Y., Ulmer, M., & Gruber, D. 1994, ApJ, 429, 554
152. Roettiger, K., Burns, J. O., & Stone, J. M. 1999a, ApJ, 518, 603
153. Roettiger, K., Stone, J. M., & Burns, J. O. 1999b, ApJ, 518, 594
154. Röttgering, H., Snellen, I., Miley, G., et al. 1994, ApJ, 436, 654
155. Röttgering, H. J. A., Wieringa, M. H., Hunstead, R. W., & Ekers, R. D. 1997, MNRAS, 290, 577
156. Rybicki, G. B., & Lightman, A. P. 1979, Radiative Processes in Astrophysics (New York: Wiley-Interscience)
157. Sarazin, C. L. 1999, ApJ, 520, 529
158. Sarazin, C. L., & Kempner, J. C. 2000, ApJ, 533, 73
159. Sarazin, C. L., & Lieu, R. 1998, ApJ, 494, L177
160. Schekochihin, A. A., & Cowley, S. C. 2006, Physics of Plasmas, 13, 056501
161. Schekochihin, A. A., Cowley, S. C., Taylor, S. F., Maron, J. L., & McWilliams, J. C. 2004, ApJ, 612, 276
162. Schilizzi, R. T., & McAdam, W. B. 1975, MmRAS, 79, 1
163. Schlickeiser, R. 2002, Cosmic Ray Astrophysics (Springer), ISBN 3-540-66465-3
164. Schlickeiser, R., Sievers, A., & Thiemann, H. 1987, A&A, 182, 21
165. Schmidt, W., & Federrath, C. 2011, A&A, in press [arXiv:1010.4492]
166. Schuecker, P., Böhringer, H., Reiprich, T. H., & Feretti, L. 2001, A&A, 378, 408
167. Schuecker, P., Finoguenov, A., Miniati, F., Böhringer, H., & Briel, U. G. 2004, A&A, 426, 387
168. Siemieniec-Ozieblo, G. 2004, Acta Physica Polonica B, 35, 2131
169. Sijbring, D. 2007, Ph.D. Thesis, Groningen
170. Slee, O. B., Roy, A. L., Murgia, M., Andernach, H., & Ehle, M. 2001, AJ, 122, 1172
171. Snodin, A. P., Brandenburg, A., Mee, A. J., & Shukurov, A. 2006, MNRAS, 373, 643
172. Stein, W., et al. 2009, Sage Mathematics Software, Version 4.2.1, The Sage Development Team, http://www.sagemath.org
173. Stott, J. P., Edge, A. C., Smith, G. P., Swinbank, A. M., & Ebeling, H. 2008, MNRAS, 384, 1502
174. Subramanian, K. 1999, Phys. Rev. Lett., 83, 2957
175. Subramanian, K., Shukurov, A., & Haugen, N. E. L. 2006, MNRAS, 366, 1437
176. Thierbach, M., Klein, U., & Wielebinski, R. 2003, A&A, 397, 53
177. Tsuru, T., Koyama, K., Hughes, J. P., et al. 1996, in UV and X-ray Spectroscopy of Astrophysical and Laboratory Plasmas, ed. K. Yamashita, & T. Watanabe, 375
178. van Weeren, R. J., Röttgering, H. J. A., Brüggen, M., & Cohen, A. 2009, A&A, 505, 991
179. Vazza, F., Tormen, G., Cassano, R., Brunetti, G., & Dolag, K. 2006, MNRAS, 369, L14
180. Vazza, F., Brunetti, G., Kritsuk, A., et al. 2009, A&A, 504, 33
181. Venturi, T., Giacintucci, S., Brunetti, G., et al. 2007, A&A, 463, 937
182. Venturi, T., Giacintucci, S., Dallacasa, D., et al. 2008, A&A, 484, 327
183. Vestrand, W. T. 1982, AJ, 87, 1266
184. Völk, H. J., Aharonian, F. A., & Breitschwerdt, D. 1996, Space Sci. Rev., 75, 279
185. Völk, H. J., & Atoyan, A. M. 1999, Astropart. Phys., 11, 73
186. Wentzel, D. G. 1968, ApJ, 152, 987
187. White, D. A., Jones, C., & Forman, W. 1997, MNRAS, 292, 419
188. Yan, H., & Lazarian, A. 2008, ApJ, 673, 942