[論文レビュー] Discovery of the X-ray selected galaxy cluster XMMU J0338.8+0021 at z = 1.49 - Indications for a young system with a forming brightest galaxy

Alessandro Nastasi, R. Fassbender+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、XMM Large Scale Structure SurveyにおけるX線選択によって特定された、赤方偏移z = 1.49の遠方銀河団XMMU J0338.8+0021の発見を報告する。スペクトロスコピック追跡観測により7つのメンバーが確認され、この系は動的若年性の兆候を示している—X線像の不規則な形状、最も明るい銀河（BCG）がX線中心から大きく離れている（175 kpc）、および最近のドライ合体を示唆する二重リーブドBCGの形状—これは高赤方偏移でBCGの質量集積が進行中である可能性を示し、従来の宇宙論的シミュレーションがBCG形成を遅くに予測していたのとは矛盾する。

ABSTRACT

We report on the discovery of a galaxy cluster at z = 1.490 originally selected as an extended X-ray source in the XMM-Newton Distant Cluster Project. Further observations carried out with the VLT-FORS2 spectrograph allowed the spectroscopic confirmation of seven secure cluster members, providing a median system redshift of z = 1.490 +/- 0.009. The color magnitude diagram of XMMU J0338.8+0021 reveals the presence of a well populated red sequence with z-H ~ 3, albeit with an apparent significant scatter in color. Since we do not detect indications for strong star formation activity in any of the objects, the color spread could indicate different stellar ages of the member galaxies. In addition, we found the brightest cluster galaxy in a very active dynamical state, with an interacting, merging companion located at a physical projected distance of d ~ 20kpc. From the X-ray luminosity we estimate a cluster mass of M200 ~ 1.2 x 10^(14) Msun. The data seem to suggest a scenario in which XMMU J0338.8+0021 is a young system, possibly caught in a moment of active ongoing mass assembly.

研究の動機と目的

• 新しく発見されたX線選択銀河団XMMU J0338.8+0021（z = 1.49）の物理的性質および動的状態を特徴づけること。
• この高赤方偏移系における最も明るい銀河（BCG）の形成歴を調査すること。
• 観測された形態的および運動的特徴が、高赤方偏移における階層的銀河団進化モデルと整合するかを検証すること。
• X線像の形状、赤シーケンス銀河の空間分布、およびBCGとX線中心のずれを分析することで、銀河団の動的状態を評価すること。
• 色-等級図（CMD）分析と単一星族（SSP）モデルとの比較を通じて、赤シーケンス銀河の星族年齢を特定すること。

提案手法

• XMM Large Scale Structure Project（XDCP）のXMM-Newton観測を用いたX線選択により、z = 1.49における拡張したX線放射を特定。
• ESOおよびCAHAの地上望遠鏡を用いたスペクトロスコピック赤方偏移確認により、銀河団メンバーの速度分散および投影距離制約を取得。
• Hバンドおよびzバンドの画像を用いた色-等級図（CMD）の構築により、赤シーケンスの特定と固有の色散乱の測定。
• X線表面輝度および形態の分析により、銀河団の動的状態を評価し、中心表面輝度および非対称性を含む。
• BCGの高解像度画像を用いて、最近の合体イベントを示唆する二重リーブド形態の同定。
• 観測されたBCGの等級差（Δm₁₂ ≈ 0.8 mag）およびBCGのずれ（175 kpc）を、局所銀河団のスケーリング関係および動的進化モデルと比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XMMU J0338.8+0021は、z = 1.49において動的進化済みの銀河団であるか、若年であるか？
• RQ2 BCGの形態的および運動的性質は何か？ これは、進行中または最近の合体活動を示唆するか？
• RQ3 観測されたX線および光学的性質は、階層的構造形成モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ4 赤シーケンス銀河の星族年齢は何か？ いつに形成されたのか？
• RQ5 若年系であるにもかかわらず、BCGが第二位の銀河に対して大きな等級差を示すのはなぜか？

主な発見

• 銀河団XMMU J0338.8+0021は赤方偏移z = 1.490で確認され、1 Mpc圏内かつ|Δv| < 2000 km/sの範囲に7つのスペクトロスコピック確認メンバーが存在する。
• 赤シーケンスの中央値色はz − H = 2.9 magであり、固有の色散乱はδ_{z−H}^{intr} ≈ 0.19である。これは、3 ≤ z_f ≤ 5の範囲で形成された古く、長期間にわたる星形成を示す。
• BCGはX線中心から175 kpc離れており、動的若年性の強い指標であり、最近のドライ合体を示唆する二重リーブド形態と整合する。
• BCGと第二位の銀河との間の等級差はΔm₁₂ ≈ 0.8 magであり、局所銀河団では通常は動的平衡を示すが、ここでは若年性の兆候と併存している。
• X線放射は非対称的であり、中心表面輝度が低いため、不規則で未整列した銀河団状態をさらに支持する。
• BCGの各成分（ID:1-Aおよび1-B）に顕著な発光ラインが検出されないため、合体はドライであり、星形成やAGN活動はほとんどないことが示唆される。