[論文レビュー] The RASS-SDSS Galaxy Cluster Survey. III. Scaling relations of galaxy clusters

P. Popesso, A. Biviano+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 67被引用数 86

ひとこと要約

本研究では、RASS-SDSS銀河団サンプルを用いて、光学的・X線的光度が団質量、温度、および速度分散を予測する能力を比較した。SDSS分光データとX線データを用い、光学的光度が団質量を40%の精度で予測する一方、X線的光度は55%の精度にとどまることが判明した。これにより、光学的光度がX線的光度よりも、団の基本的性質をより信頼性の高い指標で示すことが示された。

ABSTRACT

We use the RASS-SDSS galaxy cluster sample to compare the quality of optical and X-ray luminosities as predictors of other cluster properties such as their masses, temperatures, and velocity dispersions. We use the SDSS spectroscopic data to estimate the velocity dispersions and the virial masses of a subsample of 69 clusters within r_{500} and r_{200}. The ASCA temperature of the intra-cluster medium, T_X, is retrieved from the literature for a subsample of 49 clusters. For this subsample we estimate the cluster masses also by using the mass-temperature relation. We show that the optical luminosity, L_{op}, correlates with the cluster mass much better than the X-ray luminosity, L_X. L_{op} can be used to estimate the cluster mass with an accuracy of 40% while L_X can predict the mass only with a 55% accuracy. We show that correcting $L_X$ for the effect of a cool core at the center of a cluster, lowers the scatter of the $L_X-M$ relation only by 3%. We find that the scatter observed in the L_{op}-L_X relation is determined by the scatter of the L_X-M relation. The mass-to-light ratio in the SDSS i band clearly increases with the cluster mass with a slope 0.2\pm0.08. The optical and X-ray luminosities correlate in excellent way with both T_X and σ_V with an orthogonal scatter of 20% in both relations. Moreover, L_{op} and L_X can predict with the same accuracy both variables. We conclude that the cluster optical luminosity is a key cluster parameter since it can give important information about fundamental cluster properties such as the mass, the velocity dispersion, and the temperature of the intra-cluster medium.

研究の動機と目的

• 光学的光度とX線的光度が団質量、温度、および速度分散を予測する有効性を評価すること。
• クールコア効果がX線的光度と質量を結ぶスケーリング関係の散らばりに与える影響を評価すること。
• 一様で大規模な団サンプルにおいて、光学的光度がX線的光度よりも質量推定に優れているかどうかを特定すること。
• SDSS iバンドデータを用いて、団質量に伴う質量-光度比の傾向を調査すること。
• 光学的光度とX線的光度の相関関係および、I CM 温度と速度分散を予測するための予測能力を検討すること。

提案手法

• 本研究では、RASS-SDSS銀河団サンプルを用い、r500およびr200内での速度分散とバーリアス質量推定に用いるために、分光的赤方偏移を有する69個の団を選択した。
• X線的光度とASCA温度（TX）は、49個の団のサブセットについて文献から取得した。
• 結果の妥当性を検証するため、団質量はバーリアス定理と質量-温度関係の両方を用いて推定した。
• 銀河メンバーの特定は分光的赤方偏移を用い、光学的光度（Lop）はDR2からの均一な photometry を用いてSDSS iバンドで計算した。
• 両変数に誤差が存在する場合のスケーリング関係の散らばりを分析するため、直交距離回帰を用いた。
• 可能な限りクールコア補正をX線温度に適用し、その影響がLx–MおよびLop–TX関係に与える影響を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学的光度はX線的光度よりも団質量とより強く相関しているか？
• RQ2 クールコアの存在がLx–MおよびLop–TXスケーリング関係の散らばりに与える影響はいかほどか？
• RQ3 光学的光度はX線的光度と同等の精度で団の速度分散とX線温度を予測できるか？
• RQ4 団質量の増加に伴い質量-光度比にどのような傾向が見られるか？
• RQ5 団質量、温度、速度分散を推定する際、LopとLxの予測精度はどのように比較できるか？

主な発見

• 光学的光度（Lop）は40%の散らばりで団質量を予測するが、X線的光度（Lx）は55%の散らばりにとどまる。Lopのほうが団質量予測において顕著に優れている。
• X線的光度にクールコア補正を施しても、Lx–M関係の散らばりはわずかに3%減少するにとどまり、クールコア効果が散らばりの主因ではないことを示している。
• Lop–Lx関係の散らばりは、主にLx–M関係の散らばりに起因しており、内在的なLop–Lx分散とは無関係である。
• SDSS iバンドにおける質量-光度比は、団質量の増加に伴い上昇し、勾配は0.2 ± 0.08であった。これは、質量-光度比が団質量とともに系統的に増加することを示している。
• LopとLxの両方がX線温度（TX）と速度分散（σV）と20%の直交散らばりを示し、両者とも同程度の精度でこれらの変数を予測している。
• 本研究は、特にSDSSのような大規模な光学的調査の文脈において、光学的光度がX線的光度よりも優れた、より信頼性の高い団の基本的性質の指標であると結論づけた。