[論文レビュー] A pan-chromatic view of the galaxy cluster XMMU J1230.3+1339 at z=0.975 - Observing the assembly of a massive system

R. Fassbender, H. Böhringer+17 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 110被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z=0.975 の高赤方偏移銀河団 XMMU J1230.3+1339 を、X線、光学、弱引力レンズ、電波データを組み合わせた多波長解析により、質量、構造、および進行中の集積を特徴づける。この団は、全質量 M₂₀₀ ≈ 4.19 × 10¹⁴ M☉ を示し、中心部に「弾丸」に似たグループを有する複雑な合体歴史を示しており、複数の流入中のグループやフィラメントの証拠も示しており、z ~1 の段階で集積が進行中のコマ型系の前身であることが示唆される。

ABSTRACT

We present a comprehensive galaxy cluster study of XMMU J1230.3+1339 based on a joint analysis of X-ray data, optical imaging and spectroscopy observations, weak lensing results, and radio properties for achieving a detailed multi-component view of this newly discovered system at z=0.975. We find an optically very rich and massive system with M200$\simeq$(4.2$\pm$0.8)$ imes$10^14 M$\sun$, Tx$\simeq$5.3(+0.7--0.6)keV, and Lx$\simeq$(6.5$\pm$0.7)$ imes$10^44 erg/s, for which various widely used mass proxies are measured and compared. We have identified multiple cluster-related components including a central fly-through group close to core passage with associated marginally extended 1.4GHz radio emission possibly originating from the turbulent wake region of the merging event. On the cluster outskirts we see evidence for an on-axis infalling group with a second Brightest Cluster Galaxy (BCG) and indications for an additional off-axis group accretion event. We trace two galaxy filaments beyond the nominal cluster radius and provide a tentative reconstruction of the 3D-accretion geometry of the system. In terms of total mass, ICM structure, optical richness, and the presence of two dominant BCG-type galaxies, the newly confirmed cluster XMMU J1230.3+1339 is likely the progenitor of a system very similar to the local Coma cluster, differing by 7.6 Gyr of structure evolution.

研究の動機と目的

• z=0.975 における新規に発見されたX線選択銀河団 XMMU J1230.3+1339 の多波長的性質を特徴づけることで、その形成と進化を理解すること。
• X線、弱引力レンズ、光学などの複数の質量プロキシを測定・比較し、信頼性の高い全質量推定値を導出すること。
• 合体中のグループ、流入構造、大規模なフィラメントなどの団関連成分を、異なる赤方偏移および空間スケールで同定・追跡すること。
• 中心合体の乱流領域に位置する、拡張された 1.4 GHz 電波放射の物理的起源を調査すること。
• 赤方偏移および空間データを用いて、団環境の3次元の降着幾何学的構造を再構築すること。

提案手法

• ESO VLT および Large Binocular Telescope (LBT) からの光学画像およびスペクトロスコピーと、XMM-Newton および Chandra からのX線データを統合する。
• 動力学的仮定に依存しない質量推定値を得るために、弱引力レンズ解析を適用する。
• 多バンド光度測定およびスペクトロスコピック赤方偏移を用いて、銀河グループ、フィラメント、および最も明るい銀河（BCG）を同定する。
• VLA FIRST調査からの 1.4 GHz 電波データを分析し、団の「尾」領域における拡張電波放射の検出および特徴を特定する。
• 13 個の質量プロキシの統合尤度解析を実施し、不確実性を伴うコンSENSUS全質量推定値を導出する。
• 赤方偏移で同定された成分を主な団ハローに結びつけることで、降着幾何学的構造の3次元再構築を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移銀河団 XMMU J1230.3+1339 の全質量は何か？ また、異なる質量プロキシはどのように互いに比較されるか？
• RQ2 団の中心部で検出されたわずかに拡張された 1.4 GHz 電波放射の起源と物理的意義は何か？
• RQ3 観測された部分構造（中心部の合体グループや流入中のグループなど）は、団の3次元の降着幾何学的構造にどのように寄与しているか？
• RQ4 この団の構造と質量分布は、局所のコマ銀河団とどの程度類似しているか？ これにより進化の道筋にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 観測された光学的豊かさとX線特性は、z=0.975 における質量が大きく、準平衡状態にある系と整合的か？

主な発見

• 全質量は、4つの信頼性の高い質量プロキシの統合解析から、M₂₀₀ ≈ 4.19 × 10¹⁴ M☉（不確実性19％）と導出された。
• X線温度は T_X,2500 ≈ 5.3⁺⁰.⁷₋₀.⁶ keV であり、ボリトロープX線放射率は L_X,500 ≈ (6.5 ± 0.7) × 10⁴⁴ erg s⁻¹ であり、これは非常に明るく高温な銀河団間媒体（ICM）を示している。
• 楔型のX線表面輝度特徴、非中心の密度および輝度ピーク、ドップラー線がブルーシフトしていること、および弱引力レンズ質量マップにおける延長が、中心部に「弾丸」に似たグループが存在することを示している。
• 中心合体の尾領域でわずかに拡張された 1.4 GHz 電波放射が検出され、乱流粒子加速または電波ジェットに起因する可能性があり、低赤方偏移の電波ハローの関係式と整合的である。
• R₅₀₀ を超えて2つの流入グループが同定され、一方は軸上に位置し、二次的なBCGを有する。また、名目上の団半径を越えて延長する2本の銀河フィラメントの証拠も得られた。
• 団の構造と質量分布は、コマ型系の前身であることを示唆しており、約7.6 Gyr の進化後にはICM構造、光学的豊かさ、二重BCG形態の両方で類似性を示すと予想される。