[論文レビュー] High redshift X-ray galaxy clusters. II. The L_X-T relationship revisited

M. Branchesi, I. M. Gioia+2 more|ArXiv.org|Jun 22, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 16

ひとこと要約

本研究は、チャンドラとXMM-ニュートンの観測から得た39個の銀河団のサンプルを用いて、高赤方偏移銀河団におけるX線輝度-温度関係（L_X–T）を再評価した。自己相似モデルの予測よりも急なL_X–T勾配が得られ、強い進化が示唆された。z ≤ 0.3の団は、同じ温度における局所的団と比較して約2倍の輝度を示し、高赤方偏移域では進化が弱い。これは、非重力的物理機構が団加熱を支配している可能性を示唆している。

ABSTRACT

In this paper we re-visit the observational relation between X-ray luminosity and temperature for high-z galaxy clusters and compare it with the local L_X-T and with theoretical models. To these ends we use a sample of 17 clusters extracted from the Chandra archive supplemented with additional clusters from the literature, either observed by Chandra or XMM-Newton, to form a final sample of 39 high redshift (0.25 < z < 1.3) objects. Different statistical approaches are adopted to analyze the L_X-T relation. The slope of the L_X-T relation of high redshift clusters is steeper than expected from the self-similar model predictions and steeper, even though still compatible within the errors, than the local L_X-T slope. The distant cluster L_X-T relation shows a significant evolution with respect to the local Universe: high-z clusters are more luminous than the local ones by a factor ~2 at any given temperature. The evolution with redshift of the L_X-T relation cannot be described by a single power law nor by the evolution predicted by the self-similar model. We find a strong evolution, similar or stronger than the self-similar model, from z = 0 to z <0.3 followed by a much weaker, if any, evolution at higher redshift. The weaker evolution is compatible with non-gravitational models of structure formation. According to us a statistically significant sample of nearby clusters (z < 0.25) should be observed with the current available X-ray telescopes to completely exclude observational effects due to different generation detectors and to understand this novel result.

研究の動機と目的

• 更新された観測データを用いて、高赤方偏移銀河団におけるX線輝度-温度関係（L_X–T）を再検討すること。
• 高赤方偏移域のL_X–T関係を、局所的L_X–T関係および理論的自己相似モデルの予測と比較すること。
• L_X–T関係の赤方偏移に伴う進化を調査し、団形成物理学への含意を評価すること。
• 自己相似性からの観測的逸脱が、AGNフィードバックや冷却などの非重力的プロセスによるものかどうかを特定すること。

提案手法

• チャンドラアーカイブの17個の銀河団と、チャンドラまたはXMM-ニュートンで観測された文献からの22個の銀河団を組み合わせることで、高赤方偏移銀河団のサンプル（0.25 < z < 1.3）を構築した。
• X線データに対するスペクトルフィッティングを実施し、団内媒体（ICM）の温度（T）を測定し、X線輝度（L_X）をクラスタ半径R_500まで外挿した。
• 線形回帰とχ²最小化を含む複数の統計的手法を用いてL_X–T関係のフィッティングを行い、散らばりと内在的散らばりを評価した。
• 宇宙論的要因E_z^(-1) (Δ_z / Δ_z=0)^(-1/2) を用いて輝度をスケーリングし、自己相似モデルの予測との進化の有無をテストした。
• 同じ選択基準と分析フレームワークを用いて、マーケビッチ（1998）とアーノーとエヴラード（1999）の局所的L_X–T関係と高赤方偏移L_X–T関係を比較した。
• Malmquistバイアスの補正とパラメータ推定の妥当性を確保するため、モンテカルロシミュレーションを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移銀河団におけるL_X–T関係は、自己相似モデルの予測L_X ∝ T²と整合性があるか？
• RQ2 高赤方偏移団のL_X–T関係の勾配は、局所的団と比べてどう異なるか？
• RQ3 L_X–T関係の赤方偏移に伴う進化は何か？また、自己相似モデルの予測から逸脱しているか？
• RQ4 観測された進化は、AGNフィードバックや放射冷却などの非重力的プロセスが支配的であることを示唆しているか？
• RQ5 観測されたL_X–T進化は、単一のべき乗則または赤方偏移依存の進化モデルで記述可能か？

主な発見

• 17個のサンプルにおける高赤方偏移団のL_X–T関係の勾配はα = 3.14⁺⁰.³⁴₋₀.²⁹であり、自己相似モデルの予測L_X ∝ T²よりも顕著に急である。
• 高赤方偏移L_X–T関係は、局所的L_X–T関係（勾配 ≈ 3.0）よりも急であるが、1σ誤差内では一致している。
• 高赤方偏移団は、同じ温度における局所的団と比較して平均して約2倍の輝度を示しており、L_X–T関係における強い進化を示している。
• 進化はz = 0からz ≤ 0.3の間で最も強く、以降の高赤方偏移域（z > 0.3）では著しく弱いか、無視できるほどである。
• 観測された進化は単一のべき乗則や自己相似モデルでは記述できない。代わりに、低赤方偏移域で強い進化、高赤方偏移域で弱い進化を示す二段階的進化の可能性がある。
• 高赤方偏移域での弱い進化は、AGNフィードバックやエントロピー注入などの非重力的構造形成モデルと整合的である。