[論文レビュー] Fossil Groups Origins: I. RX J105453.3+552102 a very massive and relaxed system at z~0.5

J. A. L. Aguerri, M. Girardi+12 more|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 99被引用数 31

ひとこと要約

本研究は、z ≈ 0.5 の場所に位置する質量が大きく、動的平衡にある銀河団 RX J105453.3+552102 を、116個の銀河の深紫外・可視光画像および赤方偏移データを用いて調査した。高質量（M ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉）かつ動的平衡にあるにもかかわらず、古典的Magnitude Gap基準（Δm₁₂ = 1.9 mag < 2 mag）を満たさないため、化石団と分類されるには不適切であるが、明るさ関数の二峰性やBGGにおける低星形成という化石的特徴を示しており、CDM宇宙論における化石団定義の再考を促す。

ABSTRACT

The most accepted scenario for the origin of fossil groups (FGs) is that they are galaxy associations in which the merging rate was fast and efficient. These systems have assembled half of their mass at early epoch of the Universe, subsequently growing by minor mergers. They could contain a fossil record of the galaxy structure formation. We have started a project in order to characterize a large sample of FGs. In this paper we present the analysis of the fossil system RX J105453.3+552102. Optical deep images were used for studying the properties of the brightest group galaxy and for computing the photometric luminosity function of the group. We have also performed a detail dynamical analysis of the system based on redshift data for 116 galaxies. This galaxy system is located at z=0.47, and shows a quite large line-of-sight velocity dispersion σ_{v}~1000 km/s. Assuming the dynamical equilibrium, we estimated a virial mass of M ~ 10^{15} h_{70} M_{\odot}. No evidence of substructure was found within 1.4 Mpc radius. We found a statistically significant departure from Gaussianity of the group members velocities in the most external regions of the group. This could indicate the presence of galaxies in radial orbits in the external region of the group. We also found that the photometrical luminosity function is bimodal, showing a lack of M_{r} ~ -19.5 galaxies. The brightest group galaxy shows low Sersic parameter (n~2) and a small peculiar velocity. Indeed, our accurate photometry shows that the difference between the brightest and the second brightest galaxies is 1.9 mag in the r-band, while the classical definition of FGs is based on a magnitude gap of 2. We conclude that this fossil system does not follow the empirical definition of FGs. Nevertheless, it is a massive, old and undisturbed galaxy system with little infall of L^{*} galaxies since its initial collapse.

研究の動機と目的

• 多波長データを用いて、化石団候補である RX J105453.3+552102 の特徴を明らかにすること。
• Magnitude Gapと動的性質に基づく経験的化石団定義を満たすかどうかを検証すること。
• z ≈ 0.5 における質量が大きく、動的平衡にある銀河団の形成歴と進化状態を調査すること。
• ミレニアム・シミュレーションを用いて、ΛCDMフレームワーク下でのこのようなシステムの希少性を評価すること。

提案手法

• BGGの光度関数とSersicプロファイルを測定するために、深紫外・可視光画像を取得した。
• 116個の銀河の赤方偏移データを収集し、動的解析を実施。その結果、78個の団メンバーを同定した。
• 動的平衡の仮定の下で、速度分散（σᵥ ≈ 1000 km s⁻¹）と準拡散質量（M(<R₂₀₀) ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉）を計算した。
• 空間的および運動論的データを用いて、外側領域における非ガウス型速度分布と径方向異方性を分析した。
• 観測された光度関数をシミュレーションおよび過去の銀河団研究と比較し、Mr ≈ -19.5 付近の谷が見られるかを検出するための二峰性を検出した。
• ミレニアム・シミュレーションを用いて、z = 0.5 における質量が M₂₀₀ > 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉ で、σ₈ = 0.8 を満たす高質量ハローの期待される数密度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RX J105453.3+552102 は、化石団分類のための古典的Magnitude Gap基準（Δm₁₂ > 2 mag）を満たしているか？
• RQ2 RX J105453.3+552102 の動的状態は何か？また、構造的不均一性や径方向異方性の証拠はあるか？
• RQ3 このシステムの光度関数の特徴は、その形成歴と銀河集団の性質をどのように反映しているか？
• RQ4 RX J105453.3+552102 は、z ≈ 0.5 における質量が大きく、動的平衡にある銀河団について、ΛCDMシミュレーションの予測と整合性があるか？

主な発見

• このシステムの赤方偏移は ⟨z⟩ = 0.47 であり、速度分散は σᵥ ≈ 1000 km s⁻¹ で、準拡散質量は M(<R₂₀₀) ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉ に達する。
• 1.4 Mpc 圏内に構造的不均一性は検出されず、動的平衡が示唆されるが、外側領域における非ガウス型速度分布は、径方向異方性の兆候を示している。
• 光度関数は二峰性を示し、Mr ≈ -19.5 付近に谷があるため、中程度明るい銀河の欠如が示唆される。
• BGGのSersic指数は n ≈ 2 であり、円盤的等高線を示しており、乾燥した等質量クラスターマージャーではなく、ガス豊富な合体による形成を示唆している。
• 2番目に明るい銀河とのMagnitude Gapは、rバンドで1.9 mag であり、古典的化石団の閾値（2マグニチュード）に満たない。
• σ₈ = 0.8 のミレニアム・シミュレーションにおいて、z = 0.5 でこのような高質量クラスタが1シミュレーション体積あたり約1個しか予想されないため、このようなシステムは稀であると考えられる。