PSZ2 G181.06+48.47. III. Weak-lensing Analysis and Merging Scenario Reconstruction of a Low-mass Cluster with Exceptionally Distant Radio Relics

Abstract The galaxy cluster PSZ2 G181.06+48.47 ( z = 0.234) is a post-merging system that exhibits symmetric double radio relics separated by ∼2.7 Mpc. We present the first weak-lensing analysis of PSZ2 G181.06+48.47 and propose possible merging scenarios using numerical simulations. Our analysis with Subaru Hyper Suprime-Cam imaging identifies a binary dark matter (DM) structure consisting of northern and southern components, separated by ∼500 kpc. Assuming Navarro–Frenk–White (NFW) halos, the masses for the northern and southern subclusters are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>200</mml:mn> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mspace width="0.1em"/> <mml:mtext>N</mml:mtext> <mml:mspace width="0.1em"/> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.8</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>8</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.30</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>200</mml:mn> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mspace width="0.1em"/> <mml:mtext>S</mml:mtext> <mml:mspace width="0.1em"/> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>2.7</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.48</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.51</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> , respectively. By superposing the two NFW halos, we determine the total mass of the cluster to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>200</mml:mn> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>4.2</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.00</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.10</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>500</mml:mn> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>2.9</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.69</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.75</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> ). Our mass estimate suggests that the two relics are located around the cluster R 200 c , where the density of the intracluster medium is very low. Our idealized simulations find that an off-axis collision of a 3:1 major merger can simultaneously reproduce the observed relic and DM halo separations. From these findings, we suggest that the system is observed ∼0.9 Gyr after the first pericenter passage and is returning from the first apocenter.