[論文レビュー] Substructures in galaxy clusters: a comparative X-ray and photometric analysis of the REXCESS sample

G. Foëx|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、REXCESSサンプルに属する31個のX線選択銀河団を対象に、X線と可視光の光度測定を比較して、複数の形態指標を用いて構造の不規則性（サブストラクチャ）の内容を評価した。可視光とX線のサブストラクチャ診断は部分的に重複するが、明確に異なる結果を示し、主な可視光指標により約35％の団が不規則と分類された。これは、団の力学的状態や質量集積歴を正確に捉えるために、多波長的手法が不可欠であることを示唆している。

ABSTRACT

The main goals of the present work are (i) to study the substructure content of a representative, X-ray selected sample of 31 galaxy clusters, as traced by the spatial distribution of their red-sequence galaxies, and (ii) to compare it to that observed in the intracluster medium distribution. Our substructure indicators are the asymmetry test, $β$, the residuals of the galaxy surface density map, $Δ_Σ$, and the Fourier elongation, $FE$. We probe the clusters core with secondary tests: the offset between the central brightest cluster galaxy and the X-ray emission peak, $Δr_{\mathrm{BCG-X}}$, the magnitude offset between the first and second brightest galaxies, $Δm_{12}$, and their radial offset, $Δr_{12}$. The main indicators exhibit continuous distributions, making a discrete classification difficult. A partition based on $β$ and $Δ_Σ$ gives a fraction $\sim35\%$ of disturbed systems; $\sim65\%$ of the clusters are disturbed according to at least one of these two quantities. The main indicators poorly correlate with the secondary quantities, likely due to substructures observed prior core crossing. Nine of the 12 X-ray disturbed clusters are also flagged as such by either $β$ or $Δ_Σ$. Cool cores are hosted by systems with higher optical concentrations, smaller $Δr_{\mathrm{BCG-X}}$, and larger $Δr_{12}$; however, both populations do not differ significantly in terms of their overall morphology probed by the main indicators. Our results show the necessity of using a variety of independent tests and data sets to obtain a clear picture of a cluster's morphology. Furthermore, we find that a cluster's dynamical state, consequence of its recent merger history, is not necessarily representative of a future mass assembly via accretion of substructures.

研究の動機と目的

• 可視光の光度測定データを用いて、代表的でX線選択された31個の銀河団のサブストラクチャ内容を評価すること。
• 赤準拠銀河の空間的分布から得られるサブストラクチャ指標と、団内物質（ICM）のX線観測から得られる指標を比較すること。
• 異なるサブストラクチャ診断の整合性と補完性が、不規則な系の同定にどのように寄与するかを評価すること。
• 可視光形態、X線形態、および力学的状態（特にクールコア性との関係）の関係を調査すること。
• 最近の合体活動から推定される団の力学的状態が、今後のサブストラクチャの吸着による質量集積をどのように反映するかを評価すること。

提案手法

• 4つの可視光サブストラクチャ指標を適用：非対称性テスト（β）、銀河表面密度マップの残差（ΔΣ）、フーリエ拡張（FE）、ヘキサポールパワー比（P₃/P₀）。
• 二次的指標を用いた：BCGとX線ピークのずれ（Δr_BCG-X）、1番目と2番目に明るい銀河の等級差（Δm₁₂）、および半径方向の距離差（Δr₁₂）。
• Böhringerら（2010）がICM形態に基づいて行ったX線サブストラクチャ分類と、可視光サブストラクチャの結果を比較した。
• 過去のREXCESS研究と整合性を保つために、R₅₀₀以内に限定して解析を行い、光度赤方偏移と銀河密度マップを用いた。
• 可視光指標、X線診断、および二次的力学的量との間の相関を評価する統計的検定を実施した。
• 銀河表面密度マップのスムージングスケールを設定し、形状の非対称性を定量化するためのフーリエ分解を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 可視光サブストラクチャ指標（β、ΔΣ、FE）が、X線サブストラクチャ診断とどの程度一致して不規則な銀河団を同定できるか？
• RQ2 二次的指標（Δr_BCG-X、Δm₁₂、Δr₁₂）が、主な可視光サブストラクチャ統計量およびX線形態とどの程度相関するか？
• RQ3 クールコア状態と可視光形態、または力学的指標との関係は何か？
• RQ4 異なるサブストラクチャ指標は、合体段階、質量比、および衝突パラメータの変化に対してどのように反応するか？
• RQ5 アパーチャーおよびスムージングスケールの選択が、銀河密度マップにおけるサブストラクチャ検出にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• βおよびΔΣに基づく分類では約35％の団が不規則と判定されたが、少なくとも2つの指標のうち1つ以上でサブストラクチャの兆候が認められたのは65％以上であった。
• X線で不規則とされた12個の団のうち、βまたはΔΣで不規則と特定されたのは9個にとどまり、X線と可視光のサブストラクチャ診断の間には限定的な重複があることが示された。
• クールコア団は、非クールコア系に比べて高い可視光濃度、小さいΔr_BCG-X、および大きなΔr₁₂を示しており、これは動的摩擦の強化と銀河の捕食（ガーヴィング）が顕著であることを示唆している。
• Δr_BCG-XとΔr₁₂の組み合わせは、クールコア系がパラメータ空間の特定の領域に強く集まっていることを示しており、X線選択サンプルにおける潜在的な選択性バイアスがある可能性を示している。
• FEとP₃/P₀には顕著な相関が認められ、ICMと銀河分布の両方が延長している状況がよく共起することを示しており、これはおそらく特定の軸に沿った物質の吸着に起因する。
• P₃/P₀はR₅₀₀付近のICM形態に非常に敏感であり、特にヘキサポールパワーがゼロとなる（約13％のシステムで発生）場合、中間半径領域のサブストラクチャを逃す傾向にある。