[論文レビュー] Fossil Groups Origins III. Characterization of the sample and observational properties of fossil systems

S. Zarattini, R. Barrena+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、アイザック・ニュートン望遠鏡、ノルディック・オプティカル望遠鏡、テレスコピオ・ナツィオナーレ・ガリレオからのrバンド深度画像およびスペクトロスコピー、およびSDSS-DR7データを組み合わせて、34個の化石団候補のサンプルを再評価した。0.5 R₂₀₀内での大きさギャップΔm₁₂ ≥ 2 mag または Δm₁₄ ≥ 2.5 mag に基づき、15系統が真正の化石であると確認された。化石系は、中心に最も明るい銀河（BGG）を有し、BGG光度分率が高い通常の系の極端な例であり、化石系の起源として合体シナリオを支持する。

ABSTRACT

(Abridged) Fossil systems are group- or cluster-sized objects whose luminosity is dominated by a very massive central galaxy. In the current cold dark matter scenario, these objects formed hierarchically at an early epoch of the Universe and then slowly evolved until present day. That is the reason why they are called {\it fossils}. We started an extensive observational program to characterize a sample of 34 fossil group candidates spanning a broad range of physical properties. Deep $r-$band images were taken for each candidate and optical spectroscopic observations were obtained for $\sim$ 1200 galaxies. This new dataset was completed with SDSS DR7 archival data to obtain robust cluster membership and global properties of each fossil group candidate. For each system, we recomputed the magnitude gaps between the two brightest galaxies ($Δm_{12}$) and the first and fourth ranked galaxies ($Δm_{14}$) within 0.5 $R_{ m 200}$. We consider fossil systems those with $Δm_{12} \ge 2$ mag or $Δm_{14} \ge 2.5$ mag within the errors. We find that 15 candidates turned out to be fossil systems. Their observational properties agree with those of non-fossil systems. Both follow the same correlations, but fossils are always extreme cases. In particular, they host the brightest central galaxies and the fraction of total galaxy light enclosed in the central galaxy is larger in fossil than in non-fossil systems. Finally, we confirm the existence of genuine fossil clusters. Combining our results with others in the literature, we favor the merging scenario in which fossil systems formed due to mergers of $L^\ast$ galaxies. The large magnitude gap is a consequence of the extreme merger ratio within fossil systems and therefore it is an evolutionary effect. Moreover, we suggest that at least one candidate in our sample could represent a transitional fossil stage.

研究の動機と目的

• 多様な物理的性質を有する34個の化石団候補の広範なサンプルの特徴を付与すること。
• 測定誤差を考慮した、強固な大きさギャップ基準（0.5 R₂₀₀内でのΔm₁₂ ≥ 2 mag または Δm₁₄ ≥ 2.5 mag）を用いて化石状態を同定すること。
• 化石系と非化石系の観測的性質を比較し、BGGの明るさ、銀河光度分率、および速度分散に注目すること。
• 化石系が初期合体段階の残渣であるか、あるいは団進化の遷移段階であるかを評価すること。
• 真正の化石クラスタの存在を調査し、潜在的な遷移的化石段階を同定すること。

提案手法

• 2.5メートルのアイザック・ニュートン望遠鏡およびノルディック・オプティカル望遠鏡を用いて、rバンド深度画像を取得した。
• 3.5メートルのテレスコピオ・ナツィオナーレ・ガリレオを用いて、約1200個の銀河の光学スぺクトロスコピーを実施した。
• 新規データをSDSS-DR7のアーカイブデータと統合し、信頼性の高いクラスタ成員特定および全般的な性質を導出した。
• 衛星銀河の汚染効果を最小限に抑えるために、平均的な明るさ（Petrosian、モデル、およびSExtractor MAG-BEST）を用いて、0.5 R₂₀₀内での大きさギャップΔm₁₂およびΔm₁₄を計算した。
• 誤差範囲内でのΔm₁₂ ≥ 2 mag または Δm₁₄ ≥ 2.5 mag を満たす場合に限り、系を化石と分類した。
• 大きさギャップ、BGG明るさ、BGG光度分率（L_BGG/L_tot）、および速度分散（σ_v）との相関関係を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新された大きさギャップ測定に基づき、34個の候補系の真の化石状態は何か？
• RQ2 BGG明るさおよび光度分率に関して、化石系と非化石系の観測的性質はどのように比較されるか？
• RQ3 化石系は非化石系と同様のスケーリング関係（例：L_BGG/L_tot–σ_v）に従うのか、それとも極端な外れ値なのか？
• RQ4 一部の化石団候補が遷移的化石段階を表している可能性はあり、その根拠となる証拠は何か？
• RQ5 化石系に見られる大きな大きさギャップは、合体シナリオか、グループ形成失敗シナリオのどちらによってより良く説明されるか？

主な発見

• 大きさギャップ基準に基づき、15系統（95%信頼区間：15⁺⁸₋₄）が真正の化石系として確認された。
• 化石系は、最も明るい中心銀河（BGG）を有し、非化石系と比較してBGGの全銀河光度分率が高かった。
• L_BGG/L_tot–σ_v関係は、化石系および非化石系の両方で成立しているが、化石系は任意の速度分散に対してより明るいBGGを持つ極端な例である。
• 大きさギャップはBGG明るさと強く相関しており、Δm₁₂が大きい系ではBGGが明るい。
• FGS06は、最近の吸着を経験した可能性があるため、遷移的化石段階の可能性があると特定された。これは、過去には化石であったが、現在はそうではない可能性を示唆している。
• BGGが暗く、大きな大きさギャップを持つ系が存在しないことから、化石における明るいBGGが団進化の一時的段階である可能性は排除され、合体シナリオが主な形成メカニズムであると支持される。