[논문 리뷰] Diffuse stellar emission in X-ray luminous galaxy clusters at z~0.3 I. Is the diffuse optical light boosted and rejuvenated in merging clusters?

D. Pierini, S. Zibetti외 5명|ArXiv.org|2008. 04. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 56인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 z ~ 0.3에서 X선으로 뚜렷한 은하단 세 개에서 광역 B 및 R 대역 영상으로 가장 밝은 은하단 중심 은하(BCG) 주변의 산산이 흩어진 은하 빛을 조사한다. 융합 중인 은하단인 RXCJ 0014.3–3022에서는 산산이 흩어진 빛이 BCG보다 현저히 파랑에 가까운 색을 띠며, 이는 융합 과정에서 갇힌 별 형성 중인 저금속도 저질량의 왜성 은하에서 갇힌 은하의 갇힘에 의해 유래된 더 어린 또는 저금속도 은하 인구일 가능성이 있음을 시사한다. 반면 안정된 은하단에서는 산산이 흩어진 빛이 BCG와 동일한 빨간색, 오래된 은하 인구를 보이며 일치한다.

ABSTRACT

[Abridged] We searched for diffuse stellar emission around BCGs in three of the most X-ray luminous clusters found at z~0.3 in the REFLEX cluster survey and observed with XMM-Newton. These systems (RXCJ0014.3-3022, RXCJ0232.2-4420, and RXCJ2308.3-0211) are in different dynamical states, as witnessed by their X-ray morphology and optical appearence (e.g. multiplicity of BCGs). [Abridged] Diffuse stellar emission is robustly detected down to a surface brightness of 26 R-mag/arcsec^2 (observed frame) around a total of seven BCGs, extending up to galactocentric distances of ~100 kpc. In particular, it surrounds a pair of BCGs in RXCJ0232.2-4420, while it bridges two BCGs associated with the minor subcomponent of the merging cluster RXCJ0014.3-3022. The diffuse light detected at the greatest distances from the BCGs of the rather regular clusters RXCJ0232.2-4420 and RXCJ2308.3-0211 follows the ICM distribution. Its B-R colour is consistent with the colours measured within the BCG effective radii. The diffuse light around the two pairs of BCGs in RXCJ0014.3-3022 exhibits bluer colours than the BCG central regions by up to 0.5 mag. If the contribution of the intracluster light (ICL) to the detected diffuse light around BCGs is not negligible, ICL and BCGs have similar stellar populations in relatively relaxed clusters. Merging on a cluster scale eventually adds gravitational stresses to BCGs and other galaxies in subcluster cores. This event may affect the properties of the diffuse stellar emission around BCGs. Shredding of star-forming, low-metallicity dwarf galaxies is favoured as the cause of the bluer B-R colours of the diffuse stellar component around the two pairs of BCGs in the merging cluster RXCJ0014.3-3022.

연구 동기 및 목표

• z ~ 0.3에서 X선으로 뚜렷한 은하단의 BCG 주변 산산이 흩어진 은하 빛의 기원과 특성 조사.
• 은하단의 운동 상태—특히 융합 활동—이 은하간 빛(ICL)의 색과 분포에 영향을 미치는지 확인.
• ICL와 BCG가 유사한 은하 인구를 공유하는지, 또는 특히 운동적으로 활발한 환경에서 ICL는 별개의 기원을 가질 수 있는지 평가.
• 관측된 산산이 흩어진 빛의 색상 차이가 은하단 융합 중에 저금속도, 별 형성 중인 왜성 은하의 갇힘에 의해 설명되는지 테스트.
• 대규모 반경(약 ~100 h₇₀⁻¹ kpc)에서 ICL가 총 광학 빛에 기여하는 정도를 수치화하고, 다양한 운동 상태에서의 BCG 빛과 비교.

제안 방법

• REFLEX 조사에서 선정된 세 개의 X선으로 뚜렷한 은하단(RXCJ 0014.3–3022, RXCJ 0232.2–4420, RXCJ 2308.3–0211)에 대해 중간 깊이의 광역 영상 촬영을 B 및 R 대역에서 수행.
• 관측된 프레임에서 표면 밝기, 공간적 확장, B–R 색을 26 R-mag arcsec⁻²까지 측정.
• X선 형태와 광학적 외관(예: BCG의 다중성)을 사용해 각 은하단의 운동 상태를 안정된 상태 또는 융합 중 상태로 분류.
• 은하간 빛의 공간 분포를 X선으로 방출되는 은하간 매질(ICM)과 비교하여 정렬 정도와 중력적 추적 가능성을 평가.
• 은하 인구의 연령 및 금속도를 추론하기 위해 별 인구 합성 모델(Bruzual & Charlot 2003)을 사용해 관측된 B–R 색을 모델링.
• 통계적 결과를 기반으로 스택된 은하단 데이터(Zibetti et al. 2005)를 사용해 대규모 반경에서 ICL가 총 광학 방출에 기여하는 정도 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 0.3에서 X선으로 뚜렷한 은하단의 BCG 주변 산산이 흩어진 은하 빛은 안정된 은하단에서 BCG와 일관된 색을 띄는가?
• RQ2 융합 중인 은하단에서 산산이 흩어진 은하 빛의 색은 안정된 은하단과 어떻게 다를지, 이는 은하 인구에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 융합 중인 은하단인 RXCJ 0014.3–3022의 산산이 흩어진 빛은 더 어린 또는 저금속도 인구와 일치하는가? 이러한 인구를 생성할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 은하간 빛(ICL)은 대규모 반경(~100 h₇₀⁻¹ kpc)에서 산산이 흩어진 빛에 얼마나 기여하는가? 이 기여도는 은하단의 운동 상태에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 융합 중인 은하단인 RXCJ 0014.3–3022에서 관측된 더 파랑에 가까운 산산이 흩어진 빛의 색상은 별 형성 중인 저금속도 왜성 은하의 갇힘에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 산산이 흩어진 은하 빛은 z ~ 0.3에서 X선으로 뚜렷한 세 은하단의 일곱 개 BCG 주변에서 26 R-mag arcsec⁻²까지 신뢰성 있게 검출되었으며, BCG 중심에서 약 ~100 h₇₀⁻¹ kpc까지 연장된다.
• RXCJ 0232.2–4420 및 RXCJ 2308.3–0211와 같은 안정된 은하단에서는 산산이 흩어진 빛이 X선 ICM 분포를 따르며, BCG와 일치하는 B–R 색을 보이며, 이는 유사한 오래되고 금속이 풍부한 은하 인구를 의미한다.
• 융합 중인 은하단인 RXCJ 0014.3–3022에서는 두 개의 BCG 쌍 주변 산산이 흩어진 빛이 중심 영역의 BCG보다 B–R 색에서 최대 0.5 mag 더 파랑을 띠며 현저히 더 파랑진다.
• RXCJ 0014.3–3022에서 산산이 흩어진 빛의 더 파랑진 색은 더 어린 또는 저금속도 은하 인구에 의해 가장 잘 설명되며, 이는 융합 과정에서 별 형성 중인 저금속도 왜성 은하의 갇힘에 의해 기인한 것으로 보인다.
• 관측된 색상 차이는 BCG 자체만으로는 설명되지 않으며, 특히 운동적으로 활발한 은하단에서 ICL의 다중 구성 성분 기원을 시사한다.
• 안정된 은하단에서는 약 30–40%의 ICL 기여가 ~100 h₇₀⁻¹ kpc에서 관측되며, 이 비율은 더 큰 반경에서 감소하며 이는 이전의 통계적 연구와 일치한다.