[논문 리뷰] Distant clusters of galaxies: X-ray properties and their relations

S. Schindler|arXiv (Cornell University)|1999. 08. 12.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 적색편이 z = 0.3–1.0인 먼 은하단의 X선 성질을 ROSAT 및 ASCA 데이터를 종합하여 분석하여 일관된 전체 복사선량, 질량, 기체 질량, 철 질량, 기체 질량 분율을 유도한다. 우주 시간에 따라 X선 성질이나 스케일링 관계에 유의미한 진화가 없음을 발견하여 낮은-Omega 우주론 모델을 지지하며, 향후 XMM 및 캔더라와 같은 X선 임무가 더 깊은 우주론적 통찰을 제공할 잠재력을 부각시킨다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of clusters of galaxies in a sample of distant clusters with redshifts between 0.3 and 1.0. We show the abilities and limitations of combined ROSAT and ASCA data to draw cosmological conclusions. For the first time bolometric luminosities, masses, gas masses, gas mass fractions, and iron masses are derived in such a distant sample in a consistent way. We compare these quantities with the corresponding quantities in nearby samples. Furthermore, we analyse relations between these quantities and the gas temperature, metallicity and the morphological parameters and compare them with relations in nearby samples. Fits to all relations with power law functions are given. We find relations between X-ray luminosity, temperature, mass, gas mass, core radius and beta, similar to those found in nearby clusters. Furthermore, we find gas mass fractions increasing with radius, with the effect being stronger in less massive clusters. Within errors we find no evidence for evolution in any of the quantities nor in any of the relations. These results favour a low Omega universe, but without strong constraints. We point out how promising the next generation of X-ray satellites XMM, CHANDRA and ASTRO-E are for cosmological studies with clusters. From the new observations primarily two measurements are required: detection of more distant clusters and measurements of the spectral and spatial parameters with much higher precision.

연구 동기 및 목표

• 적색편이 0.3에서 1.0 사이인 먼 은하단 샘플에서 X선 성질과 그 진화를 조사하기 위해.
• ROSAT 및 ASCA 데이터가 우주론적으로 관련된 은하단 파arameter를 유도하는 데 있어 가능하고 제한된 능력을 평가하기 위해.
• 먼 온라인 은하단 샘플 전반에서 전체 복사선량, 질량, 기체 질량, 기체 질량 분율, 철 질량의 일관된 측정치를 도출하기 위해.
• 유도된 X선 스케일링 관계를 근접한 은하단의 관측 결과와 비교하여 우주적 진화 여부를 테스트하기 위해.
• 결과가 특히 물질 밀도 파rameter Omega에 대해 우주론 모델에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 먼 은하단으로부터 스펙트럼 및 공간 정보를 추출하기 위해 ROSAT 및 ASCA의 X선 데이터를 통합한다.
• 일관된 광도 및 스펙트럼 분석 기법을 적용하여 전체 복사선량, 총 질량, 기체 질량을 유도한다.
• 수소역학 평형 및 역추출 방법을 사용하여 X선 표면 밀도 및 온도 프로파일로부터 은하단 질량을 추정한다.
• 반경 함수로 기체 질량 분율을 측정하고 질량 범주에 따라 비교한다.
• 파워법 함수를 사용하여 X선 스케일링 관계(L–T, M–T, Y–T)를 피팅하여 진화 정도를 정량화한다.
• 형상 및 금속 농도를 분석하여 구조적 및 조성적 경향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 z = 0.3에서 z = 1.0 사이의 먼 은하단에서 X선 광도, 온도, 질량, 기체 질량 분율이 근접한 은하단과 비교해 유의미한 진화를 보이는가?
• RQ2 먼 은하단의 X선 스케일링 관계(L–T, M–T 등)가 근접한 은하단과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 기체 질량 분율이 적색편이에 따라 진화하는 증거가 있으며, 이는 은하단 질량에 따라 달라지는가?
• RQ4 관측된 X선 성질이 우주론적 물질 밀도 파라미터 Omega에 대해 어떤 제약을 둔다?
• RQ5 금속 농도 및 형상 매개변수는 먼 은하단의 X선 광도 및 온도와 어떻게 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 적색편이 범위 z = 0.3에서 z = 1.0 사이에서 X선 광도, 온도, 질량, 기체 질량 또는 기체 질량 분율에 유의미한 진화가 관측되지 않았다.
• 먼 은하단의 L–T, M–T, Y–T 스케일링 관계는 근접한 은하단과 일치하며, 파워법 함수 피팅 결과 기울기가 유사하다.
• 기체 질량 분율은 반경이 증가함에 따라 증가하며, 이 경향은 덜 질량이 많은 은하단에서 더 뚜렷하다.
• 은하단 내 철 질량에 유의미한 진화가 없어 우주 시간에 걸쳐 안정적인 풍부화 과정이 유지됨을 시사한다.
• 관측된 진화 부재는 낮은-Omega 우주론 모델을 지지하지만 제약은 여전히 약하다.
• 이 연구는 향후 XMM 및 캔더라와 같은 X선 임무가 더 먼 은하단을 더 많이 탐지하고, 스펙트럼 및 공간 매개변수를 더 정밀하게 측정할 필요성을 부각시킨다.