[論文レビュー] Spatial distributions of the REFLEX-DXL galaxy clusters at z~0.3 observed by XMM-Newton

Y. Y. Zhang, A. Finoguenov+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、z~0.3の9つの巨大銀河団について、XMM-Newtonを用いた高分解能X線観測を行い、r500まで10–20%の精度で空間的に解像された温度プロファイルを測定した。外縁部の温度勾配は一様でない—平坦または減少傾向を示す—ことが明らかとなり、形成歴の多様性が示唆された。また、温・熱い銀河間媒体（IGM）の証拠が得られ、質量推定値はr500まで25%の精度で得られ、宇宙論的スケーリング関係の信頼性が裏付けられた。

ABSTRACT

We present XMM-Newton results on the spatially resolved temperature profiles of eight massive galaxy clusters of a volume-limited sample at redshifts $z\sim0.3$ (REFLEX-DXL sample) and an additional luminous cluster at $z=0.2578$, selected from the REFLEX survey. Useful temperature measurements could be performed out to radii with overdensity 500 ($r_{500}$). The scaled temperature distributions show good similarities. We discovered diversities in the temperature gradients at the outer cluster radii with examples of both flat and strongly decreasing profiles which call for different physical interpretations. We found an indication of the 'warm-hot' gas existing in or around the hot clusters. Using RXCJ0307.0-2840 we demonstrate that the errors on the mass estimates are within 25% up to r_{500}.

研究の動機と目的

• XMM-Newtonを用いて、z~0.3の巨大で遠方の銀河団の空間的に解像された温度プロファイルを、高精度で測定すること。
• 銀河団の外縁部における温度勾配の多様性（平坦または減少傾向）の物理的起源を調査すること。
• 非重力的過程が銀河団コア構造および温度プロファイルに与える影響を評価すること。
• 特に静水的平衡と宇宙論的スケーリング関係の文脈において、X線データからの質量およびガス質量分率推定値の信頼性を評価すること。
• ソフトX線過剰を介して、温・熱い銀河間媒体（IGM）の証拠を探索すること。

提案手法

• 系統誤差を最小限に抑えるために、Chandra Deep Field Southおよび外縁視野領域のXMM-Newtonデータを用いて二重バックグラウンド差し引き法を採用した。
• スペクトル解析のため、クラスタ領域を5つの径方向環状領域（0–0.5′、0.5–1′、1–2′、2–4′、4–8′）に分割し、クラスタ温度に応じて1–10 keVまたは2–12 keVバンドを用いた。
• 温度プロファイルのフィッティングに、関数形 kBT(r) = 1 / (Ar² + Br + C) を用い、外縁部が対流安定であることを示す多項的指数約1.59を得た。
• 全質量およびガス質量分率のモデル化に、2通りの静水的平衡アプローチを用いた：(1) βモデル＋温度プロファイル、および(2) βモデル＋NFWダークマター分布＋静水的平衡。
• 温度プロファイルのモデリングに、1/r² + r + 定数の関数形を用い、正確な径方向温度マッピングを可能にした。
• ハードX線バンドとソフトX線バンドの結果を比較して、全温度推定値における系統的バイアスを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~0.3の巨大銀河団の空間的に解像された温度プロファイルは何か？ また、自己相似的予想と比較するとどうなるか？
• RQ2 一部のクラスタでは外縁部の温度勾配が平坦に保たれる一方、他のクラスタでは急激に減少するが、その多様性を説明する物理的過程は何か？
• RQ3 ソフトX線バンドの測定が、全温度推定値にどの程度バイアスを及えるか？ また、質量およびガス質量分率の決定にそれがどのように影響するか？
• RQ4 XMM-Newton観測により、r500まで25%の精度で質量推定値を得られるか？ その影響は宇宙論的スケーリング関係にどう現れるか？
• RQ5 これらのクラスタの周辺に、温・熱い銀河間媒体（IGM）の証拠があるか？ そして、スペクトルの異常からどのように検出されるか？

主な発見

• r < 4′領域では10–20%の精度で温度プロファイルが測定され、クラスタ熱力学の強固な径方向解析が可能となった。
• 8つのREFLEX-DXLクラスタおよびz=0.2578の1つのクラスタにおける温度分布のスケーリングは良好に一致しており、共通の大規模熱的構造が示唆された。
• 外縁部の温度勾配には顕著な多様性が見られ、一部のクラスタは平坦なプロファイル、他のクラスタは強く減少するプロファイルを示しており、形成歴の多様性が示唆された。
• 特にRXJ0528.9–3927のようなクラスタにおいて、スペクトルにおけるソフトX線過剰が温・熱いIGMの証拠を示しており、ソフトバンドを含めた場合、全温度が系統的に低く推定される傾向が確認された。
• RXCJ0307.0–2840の質量推定値は、βモデル＋温度プロファイルおよびβモデル＋NFW＋静水的平衡の両手法でr500まで25%の精度で得られた。
• XMM-Newtonデータからのガス質量分率は、WMAP宇宙論的値よりもわずかに低く、モデル化における系統的効果または非理想的な仮定の可能性が示唆された。