[論文レビュー] Morphology of the Virgo Cluster: Gas versus Galaxies

S. Schindler, B. Binggeli+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、ROSAT X線データとVirgo Cluster Catalogを用いて、Virgo銀河団における銀河と団内ガスの空間的分布を比較した。新しい統計的分解手法により、主にM87、M49、M86の3つの主要な準拠クラスタが特定され、クラスタ中心部ではガス密度プロファイルが銀河プロファイルよりも急であることが判明した。また、M87ではガスが銀河の質量の約3倍寄与しているが、M49ではわずか1–14%にとどまり、質量対光度比は約500 M☉/L☉に近い値を示している。

ABSTRACT

We draw a quantitative comparison of the distribution of the galaxies and the intra-cluster gas in the Virgo cluster by extending the morphological analysis by Binggeli et al. (1987) to the intra-cluster gas. We use the Virgo Cluster Catalog in combination with data from the ROSAT All-Sky Survey. The galaxy distribution and the gas distribution are relatively similar. In both wavebands the irregular structure of Virgo can be decomposed into three major subclusters centred on M87, M49, and M86. A new statistical method of subcluster decomposition is applied. Radial galaxy and X-ray density profiles of the three subclusters are fitted with beta-models, allowing analytic deprojection. Comparison of these profiles reveals, that there is no general luminosity segregation. The gas density profile is steeper than the galaxy density profile in the inner part, while this trend is reversed in the outer part. A comparison among the subclusters shows the poorer the subcluster the steeper its radial profile, i.e. the more compact it is, both in the optical and the X-rays. The subcluster profiles for different Hubble types confirm the well-known result that the distribution of the late-type galaxies is more extended than the early types. Differential and integrated mass density profiles of the different components in the M87 and M49 subclusters are presented. The total, gravitating mass is inferred from the distribution of the X-ray gas. In the M87 subcluster the gas mass is about three times the mass in galaxies, while it accounts only for 8% to 14% of the total mass at 0.4 and 1 Mpc, respectively. In the M49 subcluster there is more mass in the galaxies than in the gas and the gas-to-total mass fraction is only 1%, which is unusually low for a cluster. The mass-to-light ratios show relatively constant values around 500Msol/Lsol.

研究の動機と目的

• Virgo銀河団における銀河と団内ガスの空間的形態を定量的に比較すること。
• 銀河およびX線放射分布の統計的分解を用いて、Virgo銀河団内の準拠構造を同定・特徴づけること。
• ベータ・モデルを用いた再投影を可能にするために、準拠クラスタの半径方向密度プロファイルを銀河およびX線ガスについてフィッティングすること。
• X線ガスの再投影に基づき、M87およびM49準拠クラスタにおける質量分布および質量対光度比を特定すること。
• 銀河団内の光度分離およびハッブル型依存の空間的分布を調査すること。

提案手法

• 光学的銀河の位置および等級をVirgo Cluster Catalogから利用した。
• 団内ガス分布をマッピングするために、ROSAT All-Sky SurveyのX線データと統合した。
• 銀河およびX線放射の空間的クラスタリングに基づく、新しい統計的手法を用いて準拠クラスタの分解を実施した。
• 3次元密度プロファイルの解析的再投影を可能にするために、銀河およびX線密度プロファイルをベータ・モデルにフィットした。
• 流体静力学的平衡を仮定し、X線ガスの温度および密度から微分的および統合的質量密度プロファイルを計算した。
• 全重力的質量および全Vバンド等級の合計を用いて、質量対光度比を算出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Virgo銀河団における銀河と団内ガスの空間的分布はどのように比較できるか？
• RQ2 銀河およびX線ガス分布の観点から、Virgo銀河団の準拠構造はどのような構成になっているか？
• RQ3 クラスタ準拠部における銀河とX線ガスの半径方向密度プロファイルに差異は存在するか？
• RQ4 M87およびM49準拠クラスタにおけるガスと銀河の全質量に占める相対的寄与率はどの程度か？
• RQ5 さまざまな準拠クラスタおよびハッブル型において、質量対光度比および質量分率はどのように変化するか？

主な発見

• Virgo銀河団における銀河とガスの分布は、顕著な構造的類似性を示しており、両者ともM87、M49、M86を中心とする3つの主要な準拠クラスタを有する。
• 準拠クラスタの中心部では、ガス密度プロファイルが銀河プロファイルよりも急であるが、外側領域では傾向が逆転する。
• 低質量の準拠クラスタ（低質量）は、光学的およびX線放射両方においてより急な半径方向プロファイルを示しており、より凝縮していることが示された。
• 遅い型銀河は早い型銀河よりも広がっていることが確認され、既知の形態的分離が裏付けられた。
• M87準拠クラスタでは、ガス質量が星形成質量のおよそ3倍に達するが、M49ではガスが全質量のわずか1%にとどまり、極めて低い値である。
• 質量対光度比は、準拠クラスタ全体で約500 M☉/L☉の一定値を示しており、可視物質に対する重力的質量の整合性が保たれている。