Published October 25, 2023 | Version v1
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The XXL Survey LV. Pressure profile and $Y_{\rm SZ}$-$M$ scaling relation in three low-mass galaxy clusters at $z\sim1$ observed with NIKA2

Others:
Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC) ; Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ) ; Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA) ; Institut Néel (NEEL) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ) ; Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ) ; Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Cryogénie (NEEL - Cryo) ; Institut Néel (NEEL) ; Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ) ; Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ) ; Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) ; Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres (LERMA) ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS) ; Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) ; Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon) ; Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Description

The thermodynamical properties of the intracluster medium (ICM) are driven by scale-free gravitational collapse, but they also reflect the rich astrophysical processes at play in galaxy clusters. At low masses ($\sim 10^{14}$ M$_{\odot}$) and high redshift ($z \gtrsim 1$), these properties remain poorly constrained observationally, due to the difficulty in obtaining resolved and sensitive data. This paper aims at investigating the inner structure of the ICM as seen through the Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect in this regime of mass and redshift. Focus is set on the thermal pressure profile and the scaling relation between SZ flux and mass, namely the $Y_{\rm SZ} - M$ scaling relation. The three galaxy clusters XLSSC~072 ($z=1.002$), XLSSC~100 ($z=0.915$), and XLSSC~102 ($z=0.969$), with $M_{500} \sim 2 \times 10^{14}$ M$_{\odot}$, were selected from the XXL X-ray survey and observed with the NIKA2 millimeter camera to image their SZ signal. XMM-Newton X-ray data were used in complement to the NIKA2 data to derive masses based on the $Y_X - M$ relation and the hydrostatic equilibrium. The SZ images of the three clusters, along with the X-ray and optical data, indicate dynamical activity related to merging events. The pressure profile is consistent with that expected for morphologically disturbed systems, with a relatively flat core and a shallow outer slope. Despite significant disturbances in the ICM, the three high-redshift low-mass clusters follow remarkably well the $Y_{\rm SZ}-M$ relation expected from standard evolution. These results indicate that the dominant physics that drives cluster evolution is already in place by $z \sim 1$, at least for systems with masses above $M_{500} \sim 10^{14}$ M$_{\odot}$.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
November 25, 2023
Modified:
November 25, 2023