[論文レビュー] The Cool-Core Bias in X-ray Galaxy Cluster Samples I: Method And Application To HIFLUGCS

D. Eckert, S. Molendi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 50被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、X線フラックス限界付き銀河団サンプル（例：HIFLUGCS）において、機器の感度差によりコア冷却（CC）銀河団が非コア冷却（NCC）銀河団よりも29%も偏向されていることを特定した。ROSATおよびXMM-Newtonのシミュレート済みおよび観測データを用いて、低質量で近距離の銀河団群でこの偏向が最も顕著であることを示し、コアフラックスを除外することで選択効果を是正する手法を提案した。これにより観測されたCC分率は35–37%に低下し、大多数の銀河団が緩和状態でないことを示唆し、ダークマター・ホールドごとに約1/3 Gyr⁻¹の加熱イベント発生率が想定される。

ABSTRACT

When selecting flux-limited cluster samples, the detection efficiency of X-ray instruments is not the same for centrally-peaked and flat objects, which introduces a bias in flux-limited cluster samples. We quantify this effect in the case of a well-known cluster sample, HIFLUGCS. We simulate a population of X-ray clusters with various surface-brightness profiles, and use the instrumental characteristics of the ROSAT All-Sky Survey (RASS) to select flux-limited samples similar to the HIFLUGCS sample and predict the expected bias. For comparison, we also estimate observationally the bias in the HIFLUGCS sample using XMM-Newton and ROSAT data. We find that the selection of X-ray cluster samples is significantly biased ($\sim29%$) in favor of the peaked, Cool-Core (CC) objects, with respect to Non-Cool-Core (NCC) systems. Interestingly, we find that the bias affects the low-mass, nearby objects (groups, poor clusters) much more than the more luminous objects (i.e massive clusters). We also note a moderate increase of the bias for the more distant systems. Observationally, we propose to select the objects according to their flux in a well-defined physical range excluding the cores, $0.2r_{500}-r_{500}$, to get rid of the bias. From the fluxes in this range, we reject 13 clusters out of the 64 in the HIFLUGCS sample, none of which appears to be NCC. As a result, we estimate that less than half (35-37%) of the galaxy clusters in the local Universe are strong CC. In the paradigm where the CC objects trace relaxed clusters as opposed to unrelaxed, merging objects, this implies that to the present day the majority of the objects are not in a relaxed state. From this result, we estimate a rate of heating events of $\sim1/3$ Gyr$^{-1}$ per dark-matter halo.

研究の動機と目的

• X線望遠鏡の感度差がフラックス限界付き銀河団サンプルに引き起こす選択バイアスを定量化すること、特にコア冷却（CC）と非コア冷却（NCC）系の間で偏向が生じるかどうかを明らかにすること。
• 有名なHIFLUGCSサンプル（フラックス限界付きX線銀河団調査）におけるこのバイアスが観測されたCC/NCC比に与える影響を評価すること。
• コア放射を除く0.2r₅₀₀–r₅₀₀物理範囲でのフラックス測定を用いて、バイアスを是正する手法を提案すること。
• 是正されたサンプルを用いて、真のローカルCC銀河団分率を再評価し、ダークマター・ホールドにおける加熱イベント発生率を推定すること。

提案手法

• 多様な表面輝度プロファイル（CCおよびNCCタイプ）を持つX線銀河団の集団をシミュレートし、機器応答をモデル化する。
• ROSAT全天サーベイ（RASS）の機器特性を適用して、HIFLUGCSに類似したフラックス限界付きサンプリングをシミュレートする。
• XMM-NewtonおよびROSATデータからの観測フラックス測定と比較することで、HIFLUGCSサンプルにおける実際のバイアスを推定する。
• 0.2r₅₀₀–r₅₀₀範囲でのコアフラックスを除外して、コアバイアスのない是正フラックス限界付きサンプルを定義する。
• 是正されたサンプルを用いて、真のCC分率を再評価し、ホールドごとの加熱イベント発生率を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フラックス限界付きX線銀河団サンプル（例：HIFLUGCS）におけるコア冷却バイアスの大きさは何か？
• RQ2 バイアスは銀河団質量、赤方偏移、および全放射輝度とどのように関係するか？
• RQ3 コア支配の表面輝度プロファイルが観測されたCC分率をどれほど不自然に上昇させるか？
• RQ4 0.2r₅₀₀–r₅₀₀範囲でのコアフラックスを除外することで、選択バイアスを効果的に除去できるか？
• RQ5 このバイアスを是正した後、真のローカルCC銀河団分率は何か？そしてこれは銀河団の加熱メカニズムに何を示唆するか？

主な発見

• HIFLUGCSのようなフラックス限界付きX線サンプルでは、中心にピークを持つ放射の検出性が高いため、コア冷却（CC）銀河団が29%偏向されていることが判明した。
• このバイアスは、低質量で近距離の銀河団群や貧弱銀河団で最も顕著であり、より遠方の系ではやや中程度の増加を示す。
• 0.2r₅₀₀–r₅₀₀範囲でのフラックスを除外することでコアバイアスが除去され、元のHIFLUGCSサンプルから13個の銀河団が除外されたが、これらすべてが以前はCCと分類されていた。
• 是正後、強いコア冷却銀河団の真のローカル分率は35–37%と推定され、以前に報告された値よりも顕著に低い。
• これは、ローカル宇宙における銀河団の半数未満が緩和状態のコア冷却状態にないこと、およびダークマター・ホールドあたり約1/3 Gyr⁻¹の加熱イベント発生率があることを示唆する。