[논문 리뷰] A Rich Cluster of Galaxies Near the Quasar B2 1335+28 at z=1.1: Color Distribution and Star-Formation Properties

Ichi Tanaka, Tōru Yamada외 5명|ArXiv.org|1999. 07. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 56인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 근적외선 및 가시광선 영상 데이터를 통해 은하 군집이 z≈1.1에서 활성화된 활성은하핵 B2 1335+28 주변에 존재함을 확인하며, 60–80%의 청색 은하를 포함한 넓은 색분포를 드러낸다. 수축성 진화 색-등급 관계는 초기형 은하 군집의 전구체와 일치하며, 오래된 은하에서 지속적인 항성 형성과 더불어 더 큰 구조 내에서 아직 형성 중인 역학적으로 젊은 시스템임을 시사한다.

ABSTRACT

We previously reported a significant clustering of red galaxies (R-K=3.5--6) around the radio-loud quasar B2 1335+28 at z=1.086. In this paper, we establish the existence of a rich cluster at the quasar redshift, and study the properties of the cluster galaxies through further detailed analysis of the photometric data. The color distribution of the galaxies in the cluster is quite broad and the fraction of blue galaxies (\sim 70%) is much larger than in intermediate-redshift clusters. Using evolutionary synthesis models, we show that this color distribution can be explained by galaxies with various amounts of star-formation activity mixed with the old stellar populations. Notably, there are about a dozen galaxies which show very red optical-NIR colors but also show significant UV excess with respect to passive-evolution models. They can be interpreted as old early-type galaxies with a small amount of star formation. The fact that the UV-excess red galaxies are more abundant than the quiescent red ones suggests that a large fraction of old galaxies in this cluster are still forming stars to some extent. However, a sequence of quiescent red galaxies is clearly identified on the R-K versus K color-magnitude (C-M) diagram. The slope and zero point of their C-M relation appear to be consistent with those expected for the precursors of the C-M relation of present-day cluster ellipticals when observed at z=1.1. We estimate the Abell richness class of the cluster to be R \sim 1. New X-ray data presented here place an upper limit of L_x < 2 10^{44} erg s^{-1} for the cluster luminosity. Inspections of the wider optical images reveal some lumpy structure, suggesting that the whole system is still dynamically young.

연구 동기 및 목표

• 광학 및 근적외선 영상 데이터를 이용해 활성은하핵 B2 1335+28의 적색편이 z≈1.1에서 은하 군집 존재 여부를 확인한다.
• 은하 군집의 색분포 및 항성 형성 특성, 특히 청색 및 빨간색 은하의 비율을 조사한다.
• 군집의 광학적 적색편이를 결정하고 전경 구조에 의한 오염 여부를 평가한다.
• 빨간색 은하의 색-등급 관계를 분석하고 지역 군집 관계와 비교한다.
• 대규모 환경을 조사하여 군집 시스템의 역학적 상태 및 잠재적 진화를 평가한다.

제안 방법

• 하와이 대학교 2.2m 망원경과 아이작 뉴턴 망원경에서 확보 및 재분석한 근적외선 K-대역 영상 데이터를 확보한다.
• K-대역 데이터를 가시광선 R 및 I-대역 영상과 융합하여 K<19인 천체의 색과 등급을 측정한다.
• 강력한 광학적 적색편이 추정기법(Kodama 등 1999)을 적용하여 군집의 적색편이를 제약하며, z≈1.1에서 뚜렷한 피크를 발견한다.
• 진화 합성 모델을 적용하여 색분포를 해석하고, 수축성 및 항성 형성 은하 집단을 구분한다.
• R-K 대비 K도표에서 색-등급 순서를 식별하고 기울기, 절편, 산란도 측정한다.
• 광학 영상의 공간 분포를 분석하여 대규모 스케일에서 확장된, 덩어리진 구조를 탐지하며, 이는 군집 형성의 진행 중임을 시사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성은하핵 B2 1335+28의 적색편이 z≈1.1에서 빽직한 은하 군집이 존재하는가? 그 확인된 적색편이는 무엇인가?
• RQ2 이 군집에서 청색 은하와 빨간색 은하의 비율은 얼마이며, 저적색편이 군집과 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ3 관측된 색분포는 수축성 및 항성 형성 은하의 혼합으로 설명될 수 있는가? 이는 은하 진화에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 이 군집에서 명확한 색-등급 순서가 존재하는가? 그 성질은 지역 군집 타원은하와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 이 군집의 대규모 환경은 어떠한가? 역학적으로 젊거나 계속해서 구조 형성이 진행 중임을 시사하는가?

주요 결과

• z≈1.1에서 빽직한 은하 군집이 확인되었으며, 동서 방향으로 약 90 arcsec의 공간적 확장을 가진다.
• 군집의 청색 은하 비율은 60–80%로, z<0.5 군집보다 뚜렷이 높으며, 이는 이 적색편이에서 부처-오멜러 효과가 강하게 나타남을 시사한다.
• R-K 대비 K도표에서 명확한 색-등급 순서가 식별되었으며, R-K의 산란은 약 0.2 mag로, 초기형 은하의 수축성 진화 모델과 일치한다.
• 색-등급 관계의 기울기 및 절편은 현재의 군집 타원은하의 전구체에 대한 예측과 일치한다.
• 십여 개의 은하가 매우 빨간색의 가시광선-적외선 색을 보이지만, 유심한 자외선 과잉을 나타내어 오래된 별 집단에 지속적이거나 최근의 항성 형성이 일어나고 있음을 시사한다(질량 기준 약 몇 퍼센트).
• 군집은 덩어리지고 과밀한 구조 내에 위치해 있어, 역학적으로 젊고 여전히 형성 중이며, 더 큰 원시 초군집의 일부일 가능성이 있다.