[논문 리뷰] Discovery of the X-ray selected galaxy cluster XMMU J0338.8+0021 at z = 1.49 - Indications for a young system with a forming brightest galaxy

Alessandro Nastasi, R. Fassbender외 12명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 XMM 대규모 구조 조사에서 X선 선택을 통해 식별된 적색편이 z = 1.49인 먼 은하단 XMMU J0338.8+0021의 발견을 제시한다. 분광학적 후속 관측은 일곱 개의 구성원을 확인하였으며, 이 시스템은 동역학적 젊음의 징후를 보인다—X선 형태가 교란되어 있고, 가장 밝은 은하단은각성(Brightest Cluster Galaxy, BCG)이 X선 중심에서 크게 떨어져 있음(175 kpc), 그리고 최근 건조 합병을 시사하는 双엽형 BCG 형태를 보이며, 고적색편이에서 BCG의 활발한 질량 집적이 이루어지고 있음을 시사하여, 이는 이전의 우주론적 시뮬레이션에서 예측한 후기 BCG 형성과 모순된다.

ABSTRACT

We report on the discovery of a galaxy cluster at z = 1.490 originally selected as an extended X-ray source in the XMM-Newton Distant Cluster Project. Further observations carried out with the VLT-FORS2 spectrograph allowed the spectroscopic confirmation of seven secure cluster members, providing a median system redshift of z = 1.490 +/- 0.009. The color magnitude diagram of XMMU J0338.8+0021 reveals the presence of a well populated red sequence with z-H ~ 3, albeit with an apparent significant scatter in color. Since we do not detect indications for strong star formation activity in any of the objects, the color spread could indicate different stellar ages of the member galaxies. In addition, we found the brightest cluster galaxy in a very active dynamical state, with an interacting, merging companion located at a physical projected distance of d ~ 20kpc. From the X-ray luminosity we estimate a cluster mass of M200 ~ 1.2 x 10^(14) Msun. The data seem to suggest a scenario in which XMMU J0338.8+0021 is a young system, possibly caught in a moment of active ongoing mass assembly.

연구 동기 및 목표

• 최근 발견된 X선 선택 은하단 XMMU J0338.8+0021의 물리적 성질과 동역학 상태를 규명하는 것.
• 이 고적색편이 시스템에서 가장 밝은 은하단은각성(BCG)의 형성 역사를 조사하는 것.
• 관측된 형태학적 및 운동학적 특성이 고적색편이에서의 계층적 은하단 진화 모델과 일치하는지 테스트하는 것.
• X선 형태, 빨간색 시퀀스 은하의 공간 분포, BCG가 X선 중심에서 떨어진 거리 분석을 통해 은하단의 동역학 상태를 평가하는 것.
• 색-등급도(CMD) 분석과 단순 별집단(SSP) 모델과의 비교를 통해 빨간색 시퀀스 은하의 별집단 연령을 결정하는 것.

제안 방법

• XMM 대규모 구조 프로젝트(XDCP)의 XMM-Newton 관측을 이용한 X선 선택으로, z = 1.49에서 확장된 X선 방출을 식별.
• ESO 및 CAHA의 지상 천체망원경을 이용한 지상 기반 분광학적 적색편이 확인으로 구성원의 속도 분산 및 투영 거리 제약.
• H- 및 z-대역 광도 측정을 이용한 색-등급도(CMD) 구축으로 빨간색 시퀀스 식별 및 내재된 색 산란 측정.
• 은하단의 동역학 상태 평가를 위한 X선 표면 밀도 및 형태 분석으로 중심 표면 밀도 및 비대칭성 포함.
• BCG의 고해상도 이미징을 통해 최근 합병 사건을 시사하는 이중엽형 형태 식별.
• 관측된 BCG 등급 갭(Δm₁₂ ≈ 0.8 mag)과 BCG의 이격 거리(175 kpc)를 국지 은하단 스케일링 관계 및 동역학적 진화 모델과 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XMMU J0338.8+0021는 z = 1.49에서 동역학적으로 진화한 은하단인지 젊은 은하단인지인가?
• RQ2 BCG의 형태학적 및 운동학적 특성은 무엇이며, 최근 또는 지속적인 합병 활동을 시사하는가?
• RQ3 관측된 X선 및 옵티컬 성질이 계층적 구조 형성 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 빨간색 시퀀스 은하의 별집단 연령은 무엇이며, 언제 형성되었는가?
• RQ5 젊은 시스템임에도 불구하고 BCG가 두 번째로 빛나는 은하와 큰 등급 갭을 보이는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 은하단 XMMU J0338.8+0021는 z = 1.490으로 확인되었으며, 1 Mpc 이내 및 |Δv| < 2000 km/s 범위 내에서 일곱 명의 분광학적 확인된 구성원이 존재함.
• 빨간색 시퀀스의 중앙 색은 z − H = 2.9 mag이며, 내재된 색 산란 δ_{z−H}^{intr} ≈ 0.19로, 3 ≤ z_f ≤ 5에서 형성된 오래된 별집단을 시사함.
• BCG는 X선 중심에서 175 kpc 떨어져 있으며, 이는 동역학적으로 젊은 시스템임을 강력히 시사하며, 최근 건조 합병을 시사하는 이중엽형 형태를 보임.
• BCG와 두 번째로 빛나는 은하 사이의 등급 갭은 Δm₁₂ ≈ 0.8 mag이며, 국지 은하단에서는 일반적으로 동역학적 안정성을 시사하지만, 여기서는 젊음의 징후와 공존함.
• X선 방출은 비대칭적이며 중심 표면 밀도가 낮아, 교란되고 비균형 상태인 은하단 상태를 더욱 뒷받침함.
• BCG 구성요소(ID:1-A 및 1-B)에서 감지 가능한 발광선이 없어, 합병이 건조임을 시사하며, 지속적인 항성 형성 또는 AGN 활동이 거의 없음.