[논문 리뷰] Cross identification between X-ray and Optical Clusters of Galaxies in the SDSS DR7 Field

Lei Wang, Xiaohu Yang외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 ROSAT All-Sky Survey의 201개 X선 은하단을 SDSS DR7 영역 내 광학 군집과 교차 식별하여, 중심 은하의 별질량 및 특성 위성 휘도와 같은 광학적 성질과의 간격을 규명한 강력한 스케일링 관계를 수립한다. 주요 발견은 로그 L_X에서 1-σ 산란이 약 0.67인 조밀하고 편향이 없는 스케일링 관계로, 이는 환경 질량 추정 불일치를 통해 개선된 천체역학적 제약 조건을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We use the ROSAT all sky survey X-ray cluster catalogs and the optical SDSS DR7 galaxy and group catalogs to cross-identify X-ray clusters with their optical counterparts, resulting in a sample of 201 X-ray clusters in the sky coverage of SDSS DR7. We investigate various correlations between the optical and X-ray properties of these X-ray clusters, and find that the following optical properties are correlated with the X-ray luminosity: the central galaxy luminosity, the central galaxy mass, the characteristic group luminosity ($\propto \Lx^{0.43}$), the group stellar mass ($\propto \Lx^{0.46}$), with typical 1-$σ$ scatter of $\sim 0.67$ in $\log \Lx$. Using the observed number distribution of X-ray clusters, we obtain an unbiased scaling relation between the X-ray luminosity, the central galaxy stellar mass and the characteristic satellite stellar mass as ${\log L_X} = -0.26 + 2.90 [\log (M_{\ast, c} + 0.26 M_{ m sat}) -12.0]$ (and in terms of luminosities, as ${\log L_X} = -0.15 + 2.38 [\log (L_{c} + 0.72 L_{ m sat}) -12.0]$). We find that the systematic difference between different halo mass estimations, e.g., using the ranking of characteristic group stellar mass or using the X-ray luminosity scaling relation can be used to constrain cosmology. Comparing the properties of groups of similar stellar mass (or optical luminosities) and redshift that are X-ray luminous or under-luminous, we find that X-ray luminous groups have more faint satellite galaxies and higher red fraction in their satellites. The cross-identified X-ray clusters together with their optical properties are provided in Appendix B.

연구 동기 및 목표

• ROSAT All-Sky Survey의 X선 은하단을 SDSS DR7 영역 내 광학 은하군집과 교차 식별하기.
• X선 휘도(L_X)와 중심 은하 휘도, 별질량, 군집 특성 등의 광학적 성질 간 상관관계 조사하기.
• X선 휘도, 중심 은하 별질량, 위성 별질량 간 편향 없는 스케일링 관계 유도하여 천체역학적 추론 향상시키기.
• 유사 질량과 적색편이를 가진 X선 휘도가 높은 군집과 낮은 군집 간 은하 집단 성질(예: 희미한 위성 수, 빨간색 비율 등)의 차이 탐색하기.
• 미래 연구를 위해 공개 가능한 교차 식별 은하단 목록과 그 광학 및 X선 성질 제공하기.

제안 방법

• 공간적 일치(1 arcmin 이내)를 이용해 ROSAT All-Sky Survey(RASS)의 X선 은하단을 SDSS DR7 군집 목록 내 광학 군집과 교차 식별하기.
• 고해상도 X선 이미지(Chandra, XMM-Newton)와 광학 데이터를 활용해 은하단 중심과 중심 은하 할당의 모호함을 해결하기.
• 통계적 방법을 적용해 X선 휘도(L_X)와 중심 은하 별질량(M_*,c) 및 특성 위성 별질량(M_sat) 등의 광학 성질 간 스케일링 관계 유도하기.
• 편향을 최소화하기 위해 관측된 군집 수 분포를 사용해 관계 log L_X = -0.26 + 2.90[log(M_*,c + 0.26M_sat) - 12.0]를 피팅하기.
• 유사 별질량과 적색편이를 가진 X선 휘도가 높은 군집과 낮은 군집 간 위성 인구 성질의 차이 평가하기.
• 다중 파장 데이터(X선, 광학, 적외선)를 통합해 군집 소속성을 검증하고 투영 효과를 보정하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X선 은하단에서 X선 휘도(L_X)와 중심 은하 휘도 및 별질량 등의 광학 성질 간 상관관계는 어떠한가?
• RQ2 교차 식별된 은하단을 통해 X선 휘도와 광학 별질량 간 강력하고 편향 없는 스케일링 관계를 어떻게 도출할 수 있는가?
• RQ3 광학 휘도와 X선 휘도 스케일링 관계를 기반으로 한 허브 질량 추정치의 시스템적 차이가 천체역학 모델 제약 조건에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 유사 별질량과 적색편이를 가진 X선 휘도가 높은 군집과 낮은 군집 간 위성 은하 집단(희미한 위성 수, 빨간색 비율 등)의 성질은 어떻게 다를까?
• RQ5 복잡한 X선 형상 또는 이격된 X선 피크를 가진 X선 은하단에서 중심 은하 식별의 신뢰도는 어떠한가?

주요 결과

• 연구는 SDSS DR7 영역 내 광학 군집과의 교차 식별을 통해 201개의 X선 은하단을 식별하여 다중 파장 분석에 적합한 잘 校정된 샘플을 확보하였다.
• X선 휘도(L_X)와 광학 성질 간 강력한 상관관계를 발견: 중심 은하 휘도, 중심 은하 별질량, 특성 군집 휘도(L ∝ L_X^0.43), 로그 L_X에서 일반적인 1-σ 산란은 약 0.67이다.
• 편향 없는 스케일링 관계로 유도된 식은 log L_X = -0.26 + 2.90[log(M_*,c + 0.26M_sat) - 12.0]이며, 휘도 기반 버전은 log L_X = -0.15 + 2.38[log(L_c + 0.72L_sat) - 12.0]이다.
• 광학 휘도와 X선 휘도 스케일링 관계를 기반으로 한 허브 질량 추정치의 시스템적 차이는 천체역학 모델 제약 조건을 도출하는 데 활용될 수 있다.
• 유사 별질량과 적색편이를 가진 X선 휘도가 높은 군집은 낮은 군집보다 희미한 위성 은하의 수가 현저히 많고, 위성 인구의 빨간색 비율도 높다.
• 광학 및 X선 성질을 포함한 교차 식별된 은하단 샘플은 부록 B에 공개되어 향후 천체물리학 및 천체역학 연구에 활용 가능하다.