uGMRT Observations of the Giant Fossil Radio Lobe in the Ophiuchus Galaxy Cluster

Abstract

Heating from the central active galactic nucleus (AGN) is the favored mechanism to prevent runaway radiative cooling of the gas in the cores of galaxy clusters. This mechanism requires the AGN jets to transfer their mechanical energy to the intracluster gas in a gentle and self-regulated manner. The Ophiuchus cluster offers a dramatic example outside the gentle AGN feedback scenario. It hosts an enormous X-ray cavity filled by a steep-spectrum fossil radio lobe discovered at low radio frequencies. It should have been inflated by the most powerful AGN outburst known in a galaxy cluster, which should have destroyed the cluster cool core. Here, we present new observations of this fossil radio lobe at low frequencies with the upgraded Giant Metrewave Radio Telescope. Our images reveal a network of radio filaments of uncertain origin, with a radio spectrum (α ∼ 2 ‑ 3) steeper than the surrounding diffuse emission (α ∼ 1 ‑ 2). In the radio spectrum of the brightest region of the lobe, we find a spectral break driven by radiative energy losses. From this break, we estimate that the AGN outburst has occurred approximately 200 Myr ago.

Resumen

El aumento de la temperatura en el núcleo galáctico activo (AGN) central es el mecanismo principal para evitar el enfriamiento radiativo sin control del gas en los centros de los cúmulos de galaxias. Este mecanismo requiere que los jets del AGN transfieran su energía mecánica al gas del intracúmulo de forma suave y autorregulada. El cúmulo Ophiuchus ofrece un ejemplo extraordinario fuera del escenario de retroalimentación suave de AGN. Alberga una enorme cavidad de rayos X fósil de espectro pronunciado descubierta a bajas frecuencias en ondas de radio. Debe haber sido alimentado por el estallido más potente de un AGN conocido hasta ahora en un cúmulo de galaxias, el cual debe haber destruido el núcleo frío del cúmulo. Aquí presentamos nuevas observaciones de este lóbulo fósil en ondas de radio a bajas frecuencias tomadas con el Giant Metrewave Radio Telescope en su versión mejorada. Nuestras ima ́genes revelan una red de filamentos en radio de origen incierto, con un espectro (α ∼ 2 − 3) más pronunciado que la emisión circundante (α ∼ 1 − 2). En el espectro en radio de la región más brillante del lóbulo, encontramos una brecha espectral producida por las pérdidas de energía radiativa. A partir de esta brecha, estimamos que el estallido del AGN se produjo hace aproximadamente 200 Myr.