[論文レビュー] The X-ray luminous galaxy cluster XMMU J1007.4+1237 at z=1.56 - The dawn of starburst activity in cluster cores

R. Fassbender, A. Nastasi+13 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 41被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、XMM-Newtonによる偶然検出と、深紫外赤外望遠鏡/VLT-FORS2分光測定による確認を通じて、z = 1.555の赤方偏移で検出された、非常に高エネルギーX線放射を持つ銀河団XMMU J1007.4+1237を報告する。これは赤方偏移1.5を超える領域（'赤方偏移の砂漠'）で確認された最も質量の大きな銀河団であり、全波長X線放射の強度は2.1 × 10⁴⁴ erg s⁻¹、推定質量は約2 × 10¹⁴ M☉に達し、中心部に存在するBCGが活発な星形成活動を示しており、初期段階の団コア進化を示唆している。

ABSTRACT

Observational galaxy cluster studies at z>1.5 probe the formation of the first massive M>10^14 Msun dark matter halos, the early thermal history of the hot ICM, and the emergence of the red-sequence population of quenched early-type galaxies. We present first results for the newly discovered X-ray luminous galaxy cluster XMMU J1007.4+1237 at z=1.555, detected and confirmed by the XMM-Newton Distant Cluster Project (XDCP) survey. We selected the system as a serendipitous weak extended X-ray source in XMM-Newton archival data and followed it up with two-band near-infrared imaging and deep optical spectroscopy. We can establish XMMU J1007.4+1237 as a spectroscopically confirmed, massive, bona fide galaxy cluster with a bolometric X-ray luminosity of Lx=(2.1+-0.4) imes 10^44 erg/s, a red galaxy population centered on the X-ray emission, and a central radio-loud brightest cluster galaxy. However, we see evidence for the first time that the massive end of the galaxy population and the cluster red-sequence are not yet fully in place. In particular, we find ongoing starburst activity for the third ranked galaxy close to the center and another slightly fainter object. At a lookback time of 9.4Gyr, the cluster galaxy population appears to be caught in an important evolutionary phase, prior to full star-formation quenching and mass assembly in the core region. X-ray selection techniques are an efficient means of identifying and probing the most distant clusters without any prior assumptions about their galaxy content.

研究の動機と目的

• 赤方偏移1.5以上の『赤方偏移の砂漠』と呼ばれる領域で、銀河団形成が十分にサンプルされない中、希少で質量の大きな銀河団を同定・特徴づけること。
• XMM-Newtonと地上望遠鏡の光学データを用いて、XMMU J1007.4+1237の動的質量およびX線特性を特定すること。
• この銀河団の赤系列の進化状態と、最も明るい銀河団銀河（BCG）および中心部メンバーの星形成活動を調査すること。
• 星形成活動が、質量の大きな銀河団の初期形成に果たす役割を評価すること。

提案手法

• XMM-Newton遠方銀河団プロジェクト（XDCP）からのX線源の盲検選別により、銀河団に一致する拡張したX線放射を同定する。
• VLT/FORS2分光測定を用いた多波長フォローアップにより、中心銀河の赤方偏移を確認し、星形成を示唆する発光線（例：[O II]）を検出する。
• 銀河団の全波長X線放射（L_X,bol）を、0.5–2 keVのX線放射に補正し、ガリレオ吸収率（N_H = 3.59 × 10²⁰ cm⁻²）を考慮して推定する。
• X線放射と温度のスケーリング関係を用いて質量を推定し、M₂₀₀ ≈ 2 × 10¹⁴ M☉の結果を得る。
• BCGにおけるAGNまたは星形成活動を調査するため、1440 MHzでの電波放射を測定（P₁₄₄₀ ≈ 3 × 10²⁵ W Hz⁻¹）。
• 赤方偏移補正されたHバンドの等級と(z−H)色を分析し、メンバー銀河の赤系列および進化状態を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XMMU J1007.4+1237は、z ≈ 1.56の真の質量の大きな銀河団であるか？そのX線放射と動的質量は何か？
• RQ2 この高赤方偏移銀河団における、最も明るい銀河団銀河（BCG）および他の中心メンバーの星形成速度と進化状態は何か？
• RQ3 z = 1.56における銀河団の赤系列は完全に確立しているのか、それとも継続的な星形成活動の影響でまだ進化中なのか？
• RQ4 BCGと関連する強い1.4 GHz電波放射の起源は何か？
• RQ5 この銀河団における赤色銀河の光度関数は、低赤方偏移系と比較してどう異なるか？特に特徴的等級H*近辺の比較において。

主な発見

• XMMU J1007.4+1237は、z = 1.555 ± 0.003の真の銀河団であり、全波長X線放射は(2.1 ± 0.4) × 10⁴⁴ erg s⁻¹に達し、z > 1.5の領域で知られている中で最もX線放射の強い銀河団である。
• R₂₀₀内での推定質量は~2 × 10¹⁴ M☉であり、赤方偏移1.5を超える領域（'赤方偏移の砂漠'）で確認された最も質量の大きな銀河団の一つに位置する。
• BCG（ID 1）は星形成速度が約11 M☉ yr⁻¹に達し、X線ピークおよび重心に位置しており、赤方偏移補正された(z−H)色は3.2 magである。
• 3番目に明るい銀河メンバー（ID 3）は強力な[O II]発光を示し、星形成速度は75 M☉ yr⁻¹に達しており、9.4 Gyrの遅延時間における活発な星形成活動を示している。
• 銀河団の赤系列は完全には整備されていない。特徴的等級H*近辺の光度範囲に赤色銀河が不足しており、まだ進化が進行中である可能性を示唆している。
• BCGは強い1.4 GHz電波放射（P₁₄₄₀ ≈ 3 × 10²⁵ W Hz⁻¹）を発しており、星形成によって駆動されている可能性が高く、星形成の赤方偏移推定値はz_f ≈ 5であるが、Hバンドの等級は通常の低赤方偏移BCGよりも1mag以上明るくない。