[논문 리뷰] A Study of Catalogued Nearby Galaxy Clusters in the SDSS-DR4. II. Cluster Substructure

J. A. L. Aguerri, Rubén Sánchez-Janssen|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 72인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-DR4에서 얻은 근접 은하군 집단의 준구조를 Dressler-Shectman 검정을 통해 분석하였으며, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 校정하였다. 내부 영역(r < r200)에서 11–33%의 군집이 준구조를 보이며, 외부 영역에서는 약 55%로 증가한다. 준구조를 이루는 은하들은 주로 유입 중이거나 백스플래시 인구에 속하며, 이는 강력한 상관관계 없이 계속 진행 중인 계층적 군집 성장의 증거로 해석된다.

ABSTRACT

According to the current cosmological paradigm, large scale structures form hierarchically in the Universe. Clusters of galaxies grow through a continuous accretion of mass. Nevertheless, the rate and manner of mass accretion events are still matters of debate. We have analysed the presence of substructures in one of the largest sample of nearby cluster galaxies available in the literature. We have determined the fraction of clusters with substructure and the properties of the galaxies located in such substructures. Substructure in the galaxy clusters was studied using the Dressler--Shectman test, which was calibrated through extensive Monte Carlo simulations of galaxy clusters similar to real ones. In order to avoid possible biases in the results due to differing incompleteness among clusters, we selected two galaxy populations: a) galaxies brighter than M$_{r} = $-20 located in clusters at $z &lt; 0.1$ (EC1); and b) galaxies of brightness $M_{r} &lt; -19$ located at $z&lt;0.07$ (EC2). In the inner cluster regions ($r &lt; r_{200}$) 11$\%$ and 33$\%$ of the clusters of EC1 and EC2 respectively show substructure. This fraction is larger in the outer cluster regions ($\approx 55\%$) for EC1 and EC2 samples. Cluster global properties, such as $σ_{c}$, $f_{b}$ or $Δm_{12}$ do not depend on the amount of cluster substructure. We have studied the properties of individual galaxies located in substructures in the EC1 and EC2 galaxy populations. The fraction of galaxies within substructures is larger in the outer cluster regions when fainter galaxies are included. The distribution of relative velocities of galaxies within substructures suggest that they consist of an infalling population mixed with backsplash galaxies. We can not rule out that the infalling galaxy population located in substructures are genuine field ones.

연구 동기 및 목표

• SDSS-DR4에서 확보한 대규모이고 잘 정의된 표본을 활용해 근접 은하군 집단의 준구조의 빈도와 성격을 조사하기 위해.
• 준구조 탐지가 은하의 등급 및 군집의 반경 영역(내부 대비 외부)에 따라 어떻게 달라지는지 분석하여, 다양해지는 완전성의 영향을 피하기 위해.
• 준구조 내 은하들의 운동학적 성질을 분석하고, 그 기원—유입 중인 필드 은하인지 또는 유사한 군집 구성원인지—를 평가하기 위해.
• 전반적인 군집 성질(예: 속도 분산, 질량, 농도)과 준구조 존재 여부 사이의 상관관계가 있는지 테스트하기 위해.
• 준구조가 군집 형성과 은하 진화에 미치는 역할을 평가하고, 특히 환경적 영향이 은하 성질에 미치는 영향과의 관련성을 다루기 위해.

제안 방법

• 은하군 내 은하의 투영된 위상공간 분포에서 준구조를 탐지하기 위해 Dressler-Shectman 통계적 검정을 적용하였다.
• 실제 군집 성질(예: 속도 분산, 크기)을 반영한 합성 은하군의 광범위한 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 검정을 校정하였다.
• 완전성 편향을 최소화하기 위해 두 가지 은하 표본을 정의: EC1(Mr < -20, z < 0.1) 및 EC2(Mr < -19, z < 0.07).
• 모의 δ 분포와의 비교를 통해 각 군집에 맞는 δc 임계값을 유도하여 준구조에 속하는 은하들을 주 군집 인구와 구분하였다.
• 개별 군집 데이터를 스택하여 전반적인 δ 분포를 분석하고 준구조 탐지에 대한 신호 대 잡음 비율을 향상시켰다.
• 준구조 비율과 은하 성질(예: 등급, 속도)의 반경 의존성을 분석하여 운동학적 상태를 추론하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDSS-DR4에 포함된 근접 은하군 집단 중 얼마나 많은 비율이 준구조를 보이며, 이 비율은 군집 중심으로부터의 반경 거리에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 사용된 은하 표본의 등급 임계값에 따라 준구조 탐지율은 어떻게 달라지는가?
• RQ3 준구조 내 은하들은 주로 유입 중인 필드 은하인지, 아니면 백스플래시 은하인지이며, 그 속도 분포는 무엇을 시사하는가?
• RQ4 준구조 존재 여부와 속도 분산(σc), 질량(fb), 또는 농도(Δm12)와 같은 전반적인 군집 성질 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 준구조 인구는 유입 및 백스플래시 은하의 혼합으로 설명될 수 있으며, 이는 군집 형성과 은하 진화에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 내부 군집 영역(r < r200)에서 EC1 집단에서는 11%의 군집이 준구조를 보이며, EC2 집단에서는 33%로 나타나 은하 표본의 등급 임계값에 강하게 의존함을 시사한다.
• 외부 영역(r > r200)에서는 준구조 비율이 크게 증가하여 EC1 및 EC2 표본 모두 약 55%로 나타난다.
• 준구조 존재와 속도 분산(σc), 질량-광도 비율(fb), 또는 농도(Δm12)와 같은 전반적인 군집 성질 사이에 유의미한 상관관계는 발견되지 않았다.
• 준구조에 속하는 은하들은 주로 군집의 외부 영역에 위치해 있으며, EC2에서 EC1보다 더 높은 비율을 차지하며 반경이 증가할수록 비율이 증가한다.
• 준구조 내 은하들은 혼합된 인구로 구성되어 있다: 전반적인 δc를 기준으로 선택한 경우 유입 은하가 지배적이며, 각 군집별 δc를 기준으로 선택한 경우 백스플래시 은하가 지배적이다.
• 준구조 내 유입 은하들의 파란 은하 비율은 고립된 필드 은하들과 유사하여, 유입 인구에 진정한 필드 은하들이 아직 군집에 완전히 적응되지 않은 채 포함되어 있을 가능성을 시사한다.