[논문 리뷰] Dynamical Theory of Groups and Clusters of Galaxies

G. A. Mamon|arXiv (Cornell University)|1993. 08. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 은하 군집의 역학 이론을 제시하며, 관측된 부하구조가 유입 중인 군집이 아닌 융합된 군집 핵으로 인한 것이라고 주장한다. 이는 440h의 보편적인 질량-광도 비율을 설정하여 Ω > 0.3임을 시사하며, 힉슨의 밀집 군집은 정착 상태에 있는 시스템, 거의 붕괴 직전 상태의 시스템, 그리고 시야선 상으로 정렬된 시스템의 혼합으로 설명되며, 투영 효과가 이진 은하 샘플을 상당히 오염시킨다.

ABSTRACT

The different dynamical processes (relaxation, dynamical friction, tides and mergers) operating in groups and clusters are reviewed. The small-scale substructure observed in clusters is argued to be the remnants of the cores of rich clusters that merged together, rather than large groups falling into the cluster. The {\sl ROSAT\/} X-ray observations of two groups of galaxies are discussed, and, contrary to a previous claim, the baryon fraction is high, relative to the constraints from baryonic nucleosynthesis. A general theory of the fundamental surface of groups is presented, allowing one to determine with reasonable confidence the precise cosmo-dynamical state of a given group of galaxies. The data from groups is then consistent with a universal true $M/L$ of $440\,h$, roughly 4 times larger than previous estimates, the discrepancy occurring because most groups are still relatively near cosmological turnaround. This high $M/L$ and the young cosmo-dynamical state of groups suggests a density parameter $Ω> 0.3$. Hickson's compact groups are explained as a mixture of virialized groups, loose groups near full collapse, and chance alignments from collapsing loose groups. Finally, the level of projection effects contaminating samples of binary galaxies within groups is shown to be important.

연구 동기 및 목표

• 은하 군집과 군집의 형성 및 진화를 이해하기 위한 종합적인 역학 프레임워크를 개발하는 것.
• 군집이 거의 천체우주적 전환 상태에 있기 때문에 질량-광도 비율 추정치의 괴리 문제를 해결하는 것.
• 군집 내의 부하구조의 기원을 유입 중인 큰 군집이 아닌 융합된 군집 핵의 잔여물로 설명하는 것.
• 군집의 X선 관측치와 비가열된 원소 핵합성에서 유도된 천체우주론적 제약 조건을 조율하는 것.
• 특히 밀집 군집 시스템에서 이중 은하 샘플 내 투영 효과를 정량화하는 것.

제안 방법

• 군집 및 군집 환경에서의 주요 역학 과정인 진동, 역학적 마찰, tidal 상호작용, 융합을 분석한다.
• 군집의 기본 표면에 대한 일반 이론을 적용하여 관측된 시스템의 천체우주론적-역학적 상태를 추론한다.
• ROSAT의 두 은하 군집에 대한 X선 데이터를 사용하여 비가열된 원소의 비율을 추정하고 핵합성 제약 조건과 비교한다.
• 힉슨의 밀집 군집을 정착 상태 시스템, 붕괴 직전의 흩어진 군집, 그리고 우연한 정렬의 혼합으로 모델링한다.
• 시야선 상의 투영이 군집 환경 내 이중 은하의 관측된 성질에 미치는 영향을 평가한다.
• 대부분의 군집이 아직 완전히 진동하지 않기 때문에 보편적인 질량-광도 비율(M/L) 440h를 보정하여 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 군집에서 관측된 소규모 부하구조는 융합 잔여물인지, 유입 중인 군집인지 무엇 때문인가?
• RQ2 왜 군집에서 관측된 질량-광도 비율이 이전 추정치와 다를까? 이 괴리 문제는 어떻게 해결될 수 있는가?
• RQ3 군집 역학과 X선 데이터를 바탕으로 진정한 천체우주론적 밀도 파rameter Ω의 값은 무엇인가?
• RQ4 투영 효과는 군집 환경 내 이중 은하의 식별 및 성질에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 힉슨의 밀집 군집는 역학적 상태의 조합과 시야선 정렬을 통해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 군집에서 관측된 부하구조는 유입 중인 큰 군집이 아닌 융합된 군집 핵의 잔여물로 가장 잘 설명된다.
• ROSAT로 관측된 두 군집의 비가열된 원소 비율은 이전에 주장된 것보다 높으며, 비가열된 원소 핵합성 제약 조건과 일치한다.
• 대부분의 군집가 아직 천체우주적 전환 상태에 있기 때문에, 보편적인 질량-광도 비율 440h가 도출되었으며, 이는 이전 추정치보다 상당히 높다.
• 높은 M/L 비율과 젊은 역학적 상태는 Ω > 0.3임을 시사한다.
• 힉슨의 밀집 군집는 정착 상태 군집, 붕괴 직전의 흩어진 군집, 그리고 우연한 시야선 정렬의 혼합으로 해석된다.
• 투영 효과가 특히 밀집 군집 환경에서 군집 내 이중 은하 샘플에 상당한 오염을 유발한다는 게 입증되었다.