The Abell 3391/3395 galaxy cluster system, images and movies

English:
Still image from a simulation showing the distribution of hot gas (left), compared with the eROSITA X-ray image of the Abell 3391/95 system (right).

Details:

Left: The gas density distribution in the simulation is shown in a cubic cutout region of 20 Mpc/h per side around the redshift of the main system. We note the clumps falling in along the large-scale filaments.
Right: Wavelet-filtered eROSITA image of the A3391/95 system showing the X-ray emission of gas at millions of degrees. The main clusters are marked. Most of the point-like sources are accreting supermassive black holes (AGN) in the background; some "clumps" and background clusters are also visible. Some are known, some are new discoveries. We note the "Northern Clump" that seems to be falling onto the A3391/95 system. One deg corresponds to ~3.9 Mpc at the redshift of A3391, z=0.0555. So, at that redshift, the observed field covers about 15 Mpc. However, the observations extend to much larger distances; e.g. we notice a known high-redshift cluster at z=1; i.e., at a distance of ~3.3 Gpc. So here we see a projection of large-scale structure and AGN over a period of more than 7.7 billion years.

Deutsch:
Standbild aus einer Simulationsberechnung, die die Verteilung heißen Gases zeigt (links), im Vergleich mit der eROSITA-Röntgenaufnahme des Abell 3391/95-Systems (rechts).

Details:

Links: Die Gasdichteverteilung in der Simulation wird in einem kubischen Ausschnittsbereich von 20 Mpc/h pro Seite um die Rotverschiebung des Hauptsystems gezeigt. Man erkennt die Verklumpungen, die entlang der großflächigen Filamente hineinfallen.
Rechts: Das Wavelet-gefilterte eROSITA-Bild des Systems A3391/95 zeigt die Röntgenemission von Gas einer Temperatur von Millionen von Grad. Die Haupt-Galaxienhaufem sind markiert. Die meisten der punktförmigen Quellen sind akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher (AGN) im Hintergrund. Eine kleine Auswahl hellerer "Klumpen" und Hintergrundgalaxienhaufen sind auch sichtbar; einige Haufen sind bekannt, andere sind Neuentdeckungen. Wir bemerken den "Nördlichen Klumpen", der auf das System A3391/95 zu fallen scheint. Ein Grad entspricht ~3,9 Mpc bei der Rotverschiebung von A3391, z=0,0555. Bei dieser Rotverschiebung deckt das beobachtete Feld also etwa 15 Mpc ab. Die Beobachtungen erstrecken sich jedoch auf viel größere Entfernungen; z.B. bemerken wir einen bekannten Haufen mit hoher Rotverschiebung bei z=1, also einer Entfernung von ~3,3 Gpc. Wir sehen hier also eine Projektion von großräumiger Struktur und AGN über einen Zeitraum von mehr als 7.7 Milliarden Jahren.

English:
Large-scale evolution of the A3391/95 analog found in the Magneticum simulation. The gas density distribution is shown in a cubic cutout region of 20 Mpc/h per side around the redshift of the main system in comoving coordinates from redshift z~1 to z~0.07. We note the clumps falling in along the large-scale filaments, merging with the main systems to form ever larger, denser, and hotter structures.

Deutsch:
Großskalige Entwicklung des in der Magneticum-Simulation gefundenen Analogons zu A3391/95. Die Gasdichteverteilung ist in einem kubischen Ausschnitt von 20 Mpc/h pro Seite um die Rotverschiebung des Hauptsystems in mitbewegten Koordinaten von Rotverschiebung z~1 bis z~0,07 dargestellt. Wir sehen Klumpen, die entlang der großräumigen Filamente einfallen und mit den Hauptsystemen zu immer größeren, dichteren und heißeren Strukturen verschmelzen.

English:
eROSITA wavelet-filtered X-ray image of the Abell 3391/95 system, showing also several "clumps" of diffuse gas at the same distance as well as several background galaxy clusters. The furthest one is at a redshift of 1; i.e., 3.3 Gpc away.

Details:

Most of the point-like sources are accreting supermassive black holes (AGN) in the background. A small selection of brighter "clumps" and background clusters in the field are marked with circles, some of which have redshifts. Some are known, some are new discoveries. We note the "Northern Clump" that seems to be falling onto the A3391/95 system. We also note the galaxy group ESO 161-IG 006 at z = 0.0516 in the bridge region and the "Little Southern Clump" that coincides with a galaxy at z = 0.0562. The large white circle at the bottom indicates the characteristic radius r200 of the cluster MCXC J0631.3-5610.

Deutsch:
eROSITA Wavelet-gefiltertes Röntgenbild des Systems Abell 3391/95, das auch mehrere "Klumpen" von diffusem Gas in gleicher Entfernung sowie mehrere Hintergrund-Galaxienhaufen zeigt. Der am weitesten entfernte befindet sich bei einer Rotverschiebung von 1; d.h. 3,3 Gpc entfernt.

Details:

Die meisten der punktförmigen Quellen sind akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher (AGN) im Hintergrund. Eine kleine Auswahl hellerer "Klumpen" und Hintergrundgalaxienhaufen im Feld sind mit Kreisen markiert, für einige sind Rotverschiebungen bekannt. Einige Haufen sind bekannt, andere sind Neuentdeckungen. Wir bemerken den "Nördlichen Klumpen", der auf das System A3391/95 zu fallen scheint. Wir beachten auch die Galaxiengruppe ESO 161-IG 006 bei z = 0,0516 im Brückenbereich und den "Kleinen Südlichen Klumpen", der mit einer Galaxie bei z = 0,0562 zusammenfällt. Der große weiße Kreis unten zeigt den charakteristischen Radius r200 des Haufens MCXC J0631.3-5610 an.

English:
In this view of the eROSITA image (right; left again a simulation for comparison) the very faint areas of thin gas are also visible. (c) left: Reiprich et al., Space Science Reviews, 177, 195; right: Reiprich et al., Astronomy & Astrophysics

Details:

Left: This image shows the gas density distribution in a simulation. The innermost white circle indicates the region of a galaxy cluster typically observable with previous X-ray telescopes (the so-called r500 radius; the other radii indicate r200, r100, and 3*r200). One notes the large amount of structure outside that innermost circle. Those are the cluster outskirts where many interesting physical effects are expected to occur.
Right: The wavelet-filtered eROSITA image presented with a color scaling to highlight the faint regions. The same characteristic radii as on the left are shown as white circles for the cluster A3391. We note that the X-ray emission can be traced much further out than previously possible. It even includes filaments connecting several systems. In total, we trace emission from the Northern Clump in the upper right corner, through A3391, the bridge, A3395, the Little Southern Clump, down to a known galaxy cluster just outside the field of view in the lower left corner. Such a continuous 15 Mpc long emission strip including filamentary emission beyond the characteristic radii of clusters has never been observed before.

Deutsch:
In dieser Darstellung der eROSITA-Aufnahme (rechts; links wieder zum Vergleich eine Simulation) sind auch die sehr leuchtschwachen Gebiete aus dünnem Gas sichtbar.

Details:

Links: Dieses Bild zeigt die Gasdichteverteilung in einer Simulation. Der innerste weiße Kreis deutet den typischerweise mit früheren Röntgenteleskopen beobachtbaren Bereich eines Galaxienhaufens an (der sogenannte r500 Radius; die anderen Radien zeigen r200, r100 und 3*r200). Man beachte die große Menge an Struktur außerhalb des innersten Kreises. Das sind die Außenbezirke des Haufens, in denen viele interessante physikalische Effekte zu erwarten sind.
Rechts: Das Wavelet-gefilterte eROSITA-Bild, dargestellt mit einer Farbskalierung, die die leuchtschwachen Regionen hervorhebt. Die gleichen charakteristischen Radien wie auf der linken Seite sind als weiße Kreise für den Galaxienhaufen A3391 dargestellt. Wir stellen fest, dass die Röntgen-Emission bis zu viel größeren Radien hin verfolgt werden kann als bisher möglich. Sie beinhaltet sogar Filamente, die mehrere Systeme verbinden. Insgesamt können wir die Emission vom Northern Clump in der oberen rechten Ecke, durch A3391, die Brücke, A3395, den Little Southern Clump, bis hin zu einem bekannten Galaxienhaufen knapp außerhalb des Gesichtsfeldes in der unteren linken Ecke Ecke verfolgen. Ein solcher durchgehender 15 Mpc langer Emissionsstreifen einschließlich Emission von Filamenten jenseits der charakteristischen Radien von Haufen wurde vorher noch nie beobachtet.

English:
eROSITA RGB image of the A3391/95 system. The red channel (R) corresponds to 0.3-0.75 keV, green (G) to 0.75-1.2 keV, and blue (B) to 1.2-2.3 keV.

Details:

Since energies below 1 keV are required, only TM8 has been used here. Scans I and II, therefore, have only TM6 included, which has little exposure north of Canopus. Regions with less than 10 s exposure have been excluded here, hence the black area in the north. Image is exposure- and vignetting-corrected and the particle-induced background has been subtracted. A Gaussian smoothing has been applied which is scaled by the size of a top hat kernel with 25 photon counts in it. In the center of the field, A3391 is the northern large cluster and A3395n and A3395s are the two southern large clusters. One deg at redshift z = 0.0555 (the redshift of A3391) corresponds to ~3.9 Mpc.

Deutsch:
eROSITA-RGB-Bild des Systems A3391/95. Der rote Kanal (R) entspricht 0,3-0,75 keV, grün (G) 0,75-1,2 keV und blau (B) 1,2-2,3 keV.

Details:

Da Energien unter 1 keV benötigt werden, wurde hier nur TM8 verwendet. In den Scans I und II ist daher nur TM6 enthalten, das nördlich von Canopus wenig Belichtungszeit hat. Bereiche mit weniger als 10 s Belichtung wurden hier ausgeschlossen, daher der schwarze Bereich im Norden. Das Bild ist belichtungs- und vignettierungskorrigiert und der teilcheninduzierte Hintergrund wurde subtrahiert. Es wurde eine Gaußsche Glättung angewendet, die mit der Größe eines Top-Hat-Kerns mit 25 Photonenzählungen skaliert ist. In der Mitte des Feldes ist A3391 der nördliche große Galaxienhaufen und A3395n und A3395s sind die beiden südlichen großen Haufen. Ein Grad ("deg") bei der Rotverschiebung z = 0,0555 (die Rotverschiebung von A3391) entspricht ~3,9 Mpc.

English:
ASKAP/EMU Early Science observation of the A3391/95 system (white/grey) overlaid on the eROSITA wavelet-filtered image (red). We note the bright large radio galaxies and the diffuse S2/S3 structure. All of the highlighted radio galaxies are at the same distance as the A3391/95 system. The reason for the extended radio emission in those special galaxies is a supermassive black hole lurking in their centers and accreting matter. Part of the energy released in the accretion process goes into the acceleration of particles along two opposite "jet" directions. The motion of these galaxies relative to the surrounding hot gas can bend those jets. Therefore, some of these radio features probe the dynamics and gas properties in the outskirts of the A3391/95 system. The origin of the new S2/S3 structure is less clear.

Deutsch:
ASKAP/EMU Early Science Beobachtung des Systems A3391/95 (weiß/grau) überlagert mit dem eROSITA Wavelet-gefilterten Bild (rot). Man beachte die großen hellen Radiogalaxien und die diffuse S2/S3-Struktur. Alle hervorgehobenen Radiogalaxien befinden sich in der gleichen Entfernung wie das System A3391/95. Der Grund für die ausgedehnte Radioemission in diesen speziellen Galaxien ist ein supermassereiches Schwarzes Loch, das in ihren Zentren lauert und Materie aus der Umgebung aufsaugt ("akkretiert"). Ein Teil der beim Akkretionsprozess freigesetzten Energie geht in die Beschleunigung von Teilchen entlang zweier entgegengesetzter "Jet"-Richtungen. Die Bewegung dieser Galaxien relativ zum umgebenden heißen Gas kann diese Jets "nach hinten" umbiegen. Daher sind einige dieser Radiomerkmale ein Hinweis auf die Dynamik und die Eigenschaften des Gases in den Außenbereichen des A3391/95 Systems. Der genaue Ursprung der neuen S2/S3-Struktur ist bisher weniger klar.

English:
Optical image of the Abell 3391/95 system taken with the DECam camera. Superimposed are the eROSITA image (darker = higher gas density) and radio contours (yellow) of the ASKAP telescope.

Details:

RGB image based on i, r, g DECam observations of the system with eROSITA wavelet-filtered surface brightness overlaid. Darker/more transparent corresponds to higher X-ray surface brightness; assuming gas traces mass, the darker regions are also those with higher dark matter density. The insets also show ASKAP/EMU radio contours in yellow. The inset in the upper right depicts the Northern Clump. There are some artefacts remaining in the optical image due to the bright star Canopus in the north (Canopus is the second brightest star in the night sky in visible light).

Deutsch:
Optische Aufnahme des Abell 3391/95-Systems, die mit der DECam-Kamera angefertigt wurde. Überlagert sind das eROSITA-Bild (dunkler = höhere Gasdichte) sowie Radiokonturen (gelb) des ASKAP-Teleskops.

Details:

RGB-Bild basierend auf i, r, g DECam-Beobachtungen des Systems mit eROSITA Wavelet-gefilterter Oberflächenhelligkeit überlagert. Dunkler/transparenter entspricht einer höheren Röntgenoberflächenhelligkeit; unter der Annahme, dass das heiße Gas der gesamten Massenverteilung folgt, sind die dunkleren Regionen im Bild auch diejenigen mit höherer Dichte an Dunkler Materie. Die vergrößerten Bildausschnitte zeigen auch die ASKAP/EMU-Radiokonturen in gelb. Der Bildausschnitt oben rechts zeigt den Nördlichen Klumpen. Im optischen Bild gibt es noch einige Artefakte durch den hellen Stern Canopus im Norden (Canopus ist der zweithellste Stern am Nachthimmel im fü das Auge sichtbaren Bereich).

English:
Spectroscopic redshift distribution of galaxies in the range 0.04 < z < 0.065 (movie 1) and up to z=0.15 (movie 2). The background shows the eROSITA wavelet-filtered image.

Details:

We note the filamentary structure in the galaxy distribution, especially the bridge between A3391 and A3395n/s but also the extensions of "greenish" points running from north to south, and that some of the surrounding clumps appear to be at the redshift of the main system; i.e., they are likely infalling. Finger-of-god effects are clearly visible for both A3391 and A3395n/s. A3391 also appears to be slightly further away from us in redshift space than A3395n and A3395s, either because of a configuration space offset, or a peculiar velocity offset, or a combination of both.

Deutsch:
Spektroskopische Rotverschiebungsverteilung von Galaxien im Bereich 0,04 < z < 0,065 (Movie 1) and bis zu z=0,15 (Movie 2). Der Hintergrund zeigt das eROSITA Wavelet-gefilterte Bild.

Details:

Man beachte die filamentäre Struktur in der Galaxienverteilung, insbesondere die Brücke zwischen A3391 und A3395n/s aber auch die Ausdehnung der "grünlichen" Punkte, die von Norden nach Süden verlaufen, und dass einige der umgebenden Klumpen bei der gleichen Rotverschiebung wie das Hauptsystems zu liegen scheinen; d.h. sie fallen wahrscheinlich auf das Hauptsystem zu. Finger-of-God-Effekte sind sowohl für A3391 als auch A3395n/s zu sehen. A3391 scheint im Rotverschiebungsraum auch etwas weiter von uns entfernt zu sein als A3395n und A3395s, entweder aufgrund eines Konfigurationsraum-Offsets oder eines Pekuliargeschwindigkeits-Offsets oder einer Kombination aus beidem.

English:
Oxygen band image of the A3391/95 emission bridge region. White contours are from the eROSITA wavelet-filtered image and black contours from the ASKAP/EMU radio image. We note the increased OVII+OVIII (warm) emission in blue in the middle of the main emission bridge. We also note the regions of apparently hotter gas (yellow), some of which are close to potentially interesting radio features (the southern "Little Italy" extension of S3 and the "Radio blob" near the "Hot front" which has no optical counterpart).

Deutsch:
Sauerstoffbandbild der Emissionsbrückenregion von A3391/95. Die weißen Konturen stammen aus dem eROSITA-Wavelet-gefilterten Bild und die schwarzen Konturen aus dem ASKAP/EMU-Radiobild. Man beachte die erhöhte OVII+OVIII (warme) Emission in blau in der Mitte der Hauptemissionsbrücke. Wir bemerken auch die Regionen mit offensichtlich heißerem Gas (gelb), von denen sich einige in der Nähe von potentiell interessanten Radiomerkmalen befinden (die südliche "Little Italy"-Erweiterung von S3 und der "Radio-Blob" in der Nähe der "Hot front", an dessen Stelle sich keine sichtbare Galaxie befindet).

English:
Shown is a 15 megaparsec region of the analog counterpart of the A3391/95 system from the Magneticum simulation. The different lines show how the material of the two galaxy clusters (red and gold) and the intervening bridge (blue) have merged over the last ten billion years.

Deutsch:
Dargestellt ist eine 15 Megaparsec große Region des analogen Gegenstücks des A3391/95 Systems aus der Magneticum-Simulation. Die verschiedenen Linien zeigen, wie das Material der beiden Galaxienhaufen (rot und gold) und der dazwischen liegenden Brücke (blau) in den letzten zehn Milliarden Jahren zusammengeführt wurde.

English:
In October 2019, the first eROSITA raster scan data of the A3391/95 field came in. It was a very exciting moment! Beautiful data!

Deutsch:
Die ersten eROSITA Rasterscan-Daten des A3391/95 Feldes wurden im Oktober 2019 vom SRG-Satelliten zur Erde übermittelt. Ein sehr aufregender Moment, und wunderschöne Daten!