[論文レビュー] The Shapley super-cluster. New X-ray detections and mass distribution

E. De Filippis, S. Schindler+1 more|ArXiv.org|Aug 24, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、ROSATおよびESOのデータを用いてシャープレー超銀河団の深さのあるX線サーベイを実施し、以前に観測されなかったX線銀河団候補を35個検出した。そのうち21個は光学的に既に知られていた。この結果、フラットで繊維状の構造を持つ極めて過密度な領域が明らかになった。主な発見は、明るさが弱く低ランクの銀河団が多数存在することにより、クラスタ数密度が従来の推定値を1桁以上上回っており、総質量の推定値が著しく上昇していることである。これは、超銀河団の外縁部で物質の吸着が継続していることを示唆している。

ABSTRACT

The largest and the deepest super-structure known today is the Shapley super-cluster. This is the sky area with the highest over-density of galaxy clusters and therefore also an ideal region to test the effects of a high density environment on galaxies and on clusters. We performed an X-ray survey of a wide region surrounding the Shapley super-structure. Additionally to previously known super-cluster X-ray members, we identified diffuse X-ray emission from 35 cluster candidates without previous X-ray detection. 21 of them were previously known, optically selected super-cluster members, while the other candidates had not been previously detected in any wavelength range. Optical follow-up observations revealed that at least four of these new candidates also have optical cluster counterparts. The super-cluster shows a slightly flattened and elongated morphology. Clusters outside the central dense core are preferentially located in four perpendicular filaments in a similar way to what is seen in simulations of Large Scale Structure. We measure the cluster number density in the region to be more than one order of magnitude higher than the mean density of rich Abell clusters previously observed at similar Galactic latitudes; this over-density, in the super-cluster outskirts, is mainly due to an excess of low X-ray luminous clusters (with respect to an average population), which leads us to think that the whole region is still accreting low luminosity, small objects from the outskirts. Pushing our total X-ray mass estimate to fainter clusters would drastically increase the total super-cluster mass measure, because of the presence of the rich X-ray low luminosity population.

研究の動機と目的

• 広範囲にわたる低フラックス感度のX線サーベイを実施し、これまでに見逃されていたクラスタ成員を同定する。
• 特に外縁部におけるクラスタ過密度の真の範囲を、従来のサーベイで検出されなかった弱いX線源を同定することで評価する。
• 従来のフラックス感度の制限により無視されていた低ランクのクラスタを含めることで、質量推定値を改善する。
• 検出されたクラスタの空間分布とランク関数を分析することで、超銀河団の形態的特徴と動的状態を調査する。
• 特に非準拡散領域において、低ランクのクラスタが超銀河団の総質量予算にどの程度寄与しているかを特定する。

提案手法

• シャープレー超銀河団周辺の広範囲をカバーするため、ROSATパブリックデータアーカイブとESOラ・シラ天文台の観測データを用いた。
• 事前の源形状や位置を仮定しないモデルに依存しない検出アルゴリズムを適用し、拡張したX線構造を同定した。
• 真のクラスタ候補と非クラスタX線源（例：アクティブ銀河核、背景源）を区別するための二次的選別基準を導入した。
• 二段階の解析を実施：まず、フラックス閾値を超える拡張源を検出。次に、より低いフラックス限界を設定することで、従来検出されなかった弱いクラスタを回収した。
• X線候補の光学的フォローアップ観測を実施し、クラスタ対応体の確認、赤方偏移と形態の評価を実施した。
• 累積質量プロファイルの構築とX線ランク関数の分析を行い、均一な宇宙論的モデルとの比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 より深いX線感度でサーベイされた場合、シャープレー超銀河団の外縁部におけるクラスタ過密度の真の範囲はどの程度か？
• RQ2 シャープレー超銀河団におけるクラスタのX線ランク関数と空間分布は、密度が低い環境と比べてどのように異なるか？
• RQ3 明るさが弱くX線で弱いクラスタは、超銀河団の総質量予算にどの程度寄与しているか？
• RQ4 シャープレー超銀河団は準拡散状態にあるのか、それとも周囲からの物質の吸着が継続しているのか？
• RQ5 繊維状構造は、超銀河団の大規模な形態的特徴において果たす役割は何か？また、シミュレートされた大規模構造とどのように関連しているか？

主な発見

• 本サーベイでは35個の新たなX線クラスタ候補を検出した。そのうち21個は既に光学サーベイで知られていた。さらに、新規候補のうち少なくとも4つは光学的対応体が確認された。
• シャープレー領域におけるクラスタ数密度は、従来の光学的推定値を1桁以上上回っており、主にX線ランクが低いクラスタの過剰な存在に起因する。
• 超銀河団はわずかに扁平で、縦長の形態を示しており、クラスタが4本の直交する繊維状構造に沿って偏って配列している。これは、大規模構造シミュレーションと整合的である。
• 弱く明るさが低いクラスタを含めたことで、X線による質量推定値は著しく従来値を上回っており、特に弱いクラスタを考慮に入れると、総質量が大幅に増加した。
• シャープレー超銀河団の中心コアはまだ準拡散状態にない。観測されたX線質量は準拡散質量推定値をわずかに下回っており、重力的崩壊が継続していることを示唆している。
• 結果から、従来のX線サーベイでは、高いフラックス検出限界のため、超銀河団の質量と過密度が低く見積もられていたことが示され、これは宇宙論的推論に系統的バイアスをもたらしていた。