[論文レビュー] A Multiwavelength Analysis of the Strong Lensing Cluster RCS 022434-0002.5 at z=0.778

A. K. Hicks, E. Ellingson+7 more|ArXiv.org|Aug 27, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z=0.778 の高赤方偏移強レンズingクラスタ RCS022434-0002.5 について、チャンドラX線観測、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）の弱レンズing、および分光データを用いた多波長解析を実施した。低エネルギー核ガス質量分率 f_g,₂₅₀₀ = 0.031±0.005 h₇₀⁻³/²、冷却時間 3.3×10⁹ 年、X線、弱レンズing、動力学的測定法による質量推定が一貫しており、落ち着いた状態の高質量クラスタであり、非重力的過程がそのバリオン物質に影響を与えている兆候を示している。

ABSTRACT

We present the results of two (101 ks total) Chandra observations of the z=0.778 optically selected lensing cluster RCS022434-0002.5, along with weak lensing and dynamical analyses of this object. An X-ray spectrum extracted within R(2500) (362 h(70)^(-1) kpc) results in an integrated cluster temperature of 5.1 (+0.9,-0.5) keV. The surface brightness profile of RCS022434-0002.5 indicates the presence of a slight excess of emission in the core. A hardness ratio image of this object reveals that this central emission is primarily produced by soft X-rays. Further investigation yields a cluster cooling time of 3.3 times 10^9 years, which is less than half of the age of the universe at this redshift given the current LCDM cosmology. A weak lensing analysis is performed using HST images, and our weak lensing mass estimate is found to be in good agreement with the X-ray determined mass of the cluster. Spectroscopic analysis reveals that RCS022434-0002.5 has a velocity dispersion of 900 +/- 180 km/s, consistent with its X-ray temperature. The core gas mass fraction of RCS022434-0002.5 is, however, found to be three times lower than expected universal values. The radial distribution of X-ray point sources within R(200) of this cluster peaks at ~0.7 R(200), possibly indicating that the cluster potential is influencing AGN activity at that radius. Correlations between X-ray and radio (VLA) point source positions are also examined.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移強レンズingクラスタ RCS022434-0002.5（z=0.778）の熱力学的および質量的性質を、多波長データを用いて調査すること。
• チャンドラ観測から得たX線温度、表面輝度プロファイル、冷却時間を特定すること。
• X線質量推定値と弱レンズingおよび動力学的質量測定値を比較し、クラスタの安定状態と質量の一貫性を評価すること。
• X線および電波の点源の半径方向分布と性質を分析し、AGN活動とクラスタポテンシャルとの関係を検討すること。
• コアガス質量分率の普遍的値からの逸脱を評価し、バリオン物理学および非重力的過程に与える影響を検討すること。

提案手法

• 合計101 ks のチャンドラX線観測を用いて、R₂₅₀₀ 内でX線表面輝度およびスペクトル情報を抽出し、温度および発光プロファイルを導出した。
• ハードネス比画像法を用いて、クラスタコア内のソフトX線発光を分離し、ハードX線成分とは区別した。
• HST画像を用いた弱レンズingから質量推定値を導出し、背景銀河の歪みをモデル化して全質量分布を推定した。
• クラスタメンバー銀河の分光的径速度分散を測定し、σ–Tₓ 関係を介してX線温度および質量推定値と比較した。
• X線（0.29–7.0 keV）および電波（1.4 GHz VLA）バンドで点源検出と分類を実施し、R₂₀₀ 内での半径方向分布を分析した。
• X線から導かれたガス質量と全質量を用いてガス質量分率を計算し、普遍的期待値およびシミュレーションと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z=0.778 におけるクラスタ RCS022434-0002.5 のX線温度および冷却時間は何か？冷却コアの兆候があるか？
• RQ2 X線、弱レンズing、動力学的質量推定値はどのように比較されるか？クラスタの力学的状態に何を示唆するか？
• RQ3 なぜコアガス質量分率が普遍的値よりも顕著に低いか？その背後にある物理的過程は何か？
• RQ4 X線および電波の点源の半径分布から、クラスタポテンシャルがAGN活動に影響を与えている証拠はあるか？
• RQ5 非重力的過程（AGNフィードバックや星形成など）が、この高赤方偏移クラスタの熱力学的状態にどの程度影響を与えているか？

主な発見

• 全質量 M₂₅₀₀,tot = 1.6±0.2×10¹⁴ h₇₀⁻¹ M☉ は、68%信頼区間内で弱レンズing推定値 M₂₅₀₀ = 1.3⁺¹.⁰₋₀.⁶×10¹⁴ M☉ と一貫している。
• R₂₅₀₀ 内のX線温度は 5.1⁺⁰.⁹₋₀.⁵ keV であり、冷却時間は 3.3×10⁹ 年で、z=0.778 時の宇宙年齢の半分未満である。
• コアガス質量分率 f_g,₂₅₀₀ = 0.031±0.005 h₇₀⁻³/² は、予想される普遍的値のおよそ3倍以上低い。
• ソフトX線点源密度に半径方向のピークが R₂₀₀ の約0.7 付近に観測され、クラスタポテンシャルがAGN活動に影響を与えている可能性を示唆している。
• ハードX線点源分布は宇宙X線背景と整合的であるが、ソフト源はクラスタ発光に起因する中心部の過剰を示している。
• 分光的径速度分散 900±180 km s⁻¹ は、X線温度および σ–Tₓ スケーリング関係と整合的であり、落ち着いたクラスタ状態を支持する。