[논문 리뷰] A search for clusters at high redshift - II. A proto cluster around a radio galaxy at z=2.16

L. Pentericci, J. Kurk외 8명|arXiv (Cornell University)|2000. 08. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 높은 적색편이를 가진 은하 방사선 원천 1138–262(z=2.16) 주변에서 VLT 분광법을 사용하여 거대하고 변화하는 은하 원형 응집체를 확인한다. 1.5 Mpc 이내로 14개의 은하와 하나의 QSO가 발견되었으며, 속도 분산이 약 ~500 km s⁻¹ 및 ~300 km s⁻¹인 두 개의 하위구조로 구성되어 있으며, 이는 총 역학적 질량이 10¹⁴ M⊙를 초과함을 시사하며, 초기 우주에서 거대 은하 덩어리의 형성을 지지한다.

ABSTRACT

VLT spectroscopic observations of Ly alpha--excess objects in the field of the clumpy radio galaxy 1138-262 at z=2.16 have led to the discovery of 14 galaxies and one QSO at approximately the same distance as the radio galaxy. All galaxies have redshifts in the range 2.16 \pm 0.02, centered around the redshift of the radio galaxy, and are within a projected physical distance of 1.5 Mpc from it. The velocity distribution suggests that there are two galaxy subgroups having velocity dispersions of ~500 km/s and ~300 km/s and a relative velocity of 1800 km/s. If these are virialized structures, the estimated dynamical masses for the subgroups are ~9 and ~3x10E13 solar masses respectively, implying a total mass for the structure of more than 10E14 solar masses. The new observations, together with previous results, suggest that the structure of galaxies around 1138-262 is likely to be a forming cluster.

연구 동기 및 목표

• 높은 적색편이를 가진 은하 방사선 원천 1138–262가 형성 중인 은하 덩어리의 흔적을 보이는 과밀 환경에 위치해 있는지 조사하기 위해.
• 1138–262 주변의 Lyα 발광 은하들의 적색편이 분포와 운동학적 구조를 규명하여 그 역학적 상태를 평가하기 위해.
• 시스템의 역학적 질량을 추정하고, 이가 비틀림된 덩어리로 진화할 잠재성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 1138–262 주변 6.8′×6.8′ 영역 내 75개의 후보 Lyα 발광 은하에 대해 깊은 VLT FORS1 다중 객체 분광법(MOS)을 수행하여 적색편이를 확보하였다. (600B 격자 사용)
• He 및 HgCd 기록 램프를 이용한 파장 보정과 표준 항성 GD108을 통한 밝기 보정을 통해 정확도를 0.2 Å 이내로 확보하였다.
• 작은 표본에 대해 더 강력한 결과를 얻기 위해 Beers 등(1990)의 gapper 표준편차 추정법을 적용하여 하위집단의 속도 분산을 계산하였다.
• 공간적 응집도를 평가하기 위해 Landy-Szalay 추정법을 사용하여 각도 두점 상관 함수를 계산하였다.
• 속도 분산 계산에서 QSO를 제외하여 은하 군집의 역학적 행동을 더 정확히 분리하였다.
• 이전의 좁은 밴드 및 넓은 밴드 이미징 자료(Paper I)와 분광학적 적색편이를 융합하여 1.5 Mpc 이내에서 z≈2.16인 15개의 은하를 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 방사선 원천 1138–262 주변에서 z≈2.16에 해당하는 은하 과밀도가 관측되며, 이는 형성 중인 덩어리의 흔적인가?
• RQ2 은하들의 운동학적 성질—특히 속도 분산과 공간 분포—는 비틀림된 하위구조 또는 지속적인 융합을 시사하는가?
• RQ3 이 시스템의 역학적 질량은 얼마이며, 덩어리 형성에 필요한 임계값을 초과하는가?
• RQ4 은하들의 공간적 응집 패턴은 무작위 분포와 어떻게 비교되며, 이는 시스템의 구조적 특성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 고온의 X선 방출 가스와 거대한 중심 은하의 존재는 이 시스템이 원형 은하 덩어리임을 지지하는가?

주요 결과

• 14개의 은하와 하나의 QSO가 적색편이 2.16 ± 0.02 범위 내에서 분광학적으로 확인되었으며, 모두 은하 방사선 원천 1138–262에서 1.5 Mpc 이내에 위치해 있다.
• 속도 분포는 중앙 적색편이가 각각 2.145 ± 0.002 및 2.164 ± 0.002인 두 개의 명확한 하위집단을 보이며, 상대 속도는 1800 km s⁻¹이다.
• gapper 표준편차 추정법을 사용하여 하위집단의 속도 분산을 각각 520 ± 140 km s⁻¹ 및 280 ± 70 km s⁻¹로 추정하였다.
• 하위집단의 역학적 질량은 각각 약 ~9 × 10¹³ M⊙ 및 ~3 × 10¹³ M⊙로 추정되었으며, 이는 총 질량이 10¹⁴ M⊙를 초과함을 시사한다.
• 각도 두점 상관 함수는 약 25″ 및 150″에서 각각 99.7% 및 99.8%의 유의수준에서 뚜렷한 응집도를 보이며, 공간적 응집도를 시사한다.
• 하위집단 간에 공간적 분리가 뚜렷하지 않지만, 하위구조의 존재는 계층적 은하 덩어리 형성 모델과 일치하며, 다른 고적색편이 은하 덩어리에서도 관측된 바 있다.