[論文レビュー] Distant clusters of galaxies: X-ray properties and their relations

S. Schindler|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z = 0.3–1.0 の遠方銀河団のX線特性を、ROSAT と ASCA のデータを統合して分析し、一貫性のある全波長放射度、質量、ガス質量、鉄質量、およびガス質量分率を導出する。宇宙時間に伴うX線特性やスケーリング関係に顕著な進化は認められず、低オメガ宇宙論モデルを支持する。今後のXMM やチャンドラなどのX線ミッションが、より深い宇宙論的洞察を提供する可能性を示している。

ABSTRACT

We investigate the evolution of clusters of galaxies in a sample of distant clusters with redshifts between 0.3 and 1.0. We show the abilities and limitations of combined ROSAT and ASCA data to draw cosmological conclusions. For the first time bolometric luminosities, masses, gas masses, gas mass fractions, and iron masses are derived in such a distant sample in a consistent way. We compare these quantities with the corresponding quantities in nearby samples. Furthermore, we analyse relations between these quantities and the gas temperature, metallicity and the morphological parameters and compare them with relations in nearby samples. Fits to all relations with power law functions are given. We find relations between X-ray luminosity, temperature, mass, gas mass, core radius and beta, similar to those found in nearby clusters. Furthermore, we find gas mass fractions increasing with radius, with the effect being stronger in less massive clusters. Within errors we find no evidence for evolution in any of the quantities nor in any of the relations. These results favour a low Omega universe, but without strong constraints. We point out how promising the next generation of X-ray satellites XMM, CHANDRA and ASTRO-E are for cosmological studies with clusters. From the new observations primarily two measurements are required: detection of more distant clusters and measurements of the spectral and spatial parameters with much higher precision.

研究の動機と目的

• 赤方偏移 0.3 から 1.0 の間の遠方銀河団のX線特性とその進化を調査すること。
• ROSAT と ASCA データが、宇宙論的パラメータを導出する上で有する能力と限界を評価すること。
• 遠方銀河団サンプル全体にわたって、全波長放射度、質量、ガス質量、ガス質量分率、鉄質量の整合性のある測定値を導出すること。
• 導出されたX線スケーリング関係を近くの銀河団のものと比較し、宇宙的進化の有無を検証すること。
• 結果が宇宙論モデル、特に物質密度パラメータオメガに与える影響を評価すること。

提案手法

• 遠方銀河団からのスペクトル的および空間的情報を抽出するために、ROSAT と ASCA のX線データを統合する。
• 全波長放射度、全質量、ガス質量を導出するために、一貫性のある光度測定およびスペクトル解析手法を適用する。
• X線表面輝度および温度プロファイルから、流体的平衡と再投影法を用いて、銀河団質量を推定する。
• 半径関数としてのガス質量分率を測定し、質量バインの範囲で比較する。
• 進化を定量化するために、X線スケーリング関係（例：L–T、M–T、Y–T）をべき乗関数でフィットする。
• 構造的・組成的傾向を評価するために、形状パラメータおよび金属量を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z = 0.3 から z = 1.0 の範囲で、遠方銀河団のX線放射度、温度、質量、ガス質量分率に、近くの銀河団と比較して顕著な進化が見られるか？
• RQ2 遠方銀河団のX線スケーリング関係（例：L–T、M–T）は、近くの銀河団のものとどのように異なるか？
• RQ3 ガス質量分率に赤方偏移に伴う進化の兆候があるか。また、これは銀河団の質量に依存するか？
• RQ4 観測されたX線特性が、宇宙論的物質密度パラメータオメガに与える制約は何か？
• RQ5 金属量および形状パラメータは、遠方銀河団のX線放射度および温度とどのように相関するか？

主な発見

• 赤方偏移 z = 0.3 から z = 1.0 の範囲で、X線放射度、温度、質量、ガス質量、ガス質量分率に顕著な進化は検出されなかった。
• 遠方銀河団の L–T、M–T、Y–T スケーリング関係は、近くの銀河団のそれと一致しており、べき乗関数フィットによる傾きも類似していた。
• ガス質量分率は半径とともに増加し、特に低質量銀河団でその傾向が顕著であった。
• 銀河団内の鉄質量に顕著な進化は認められず、宇宙時間に伴う安定した豊度拡散プロセスが継続している可能性を示唆する。
• 観測された進化の欠如は、低オメガ宇宙論モデルを支持するが、制約は依然として弱い。
• 本研究は、XMM やチャンドラなどの今後のX線ミッションが、より遠方の銀河団を検出し、スペクトル的および空間的パラメータをより高精度に測定する必要性を強調している。