[논문 리뷰] Fossil Groups Origins: I. RX J105453.3+552102 a very massive and relaxed system at z~0.5

J. A. L. Aguerri, M. Girardi외 12명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 99인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 0.5에서 발견된 질량이 크고 동적인 평형 상태에 있는 은하단 RX J105453.3+552102를 깊은 광학 영상과 116개 은하의 redshift 데이터를 사용하여 분석한다. 높은 질량(M ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉)과 동적 평형 상태를 보이지만, 전통적인 밝기 갭 기준(Δm₁₂ = 1.9 mag < 2 mag)을 충족하지 못하여 고립군으로의 분류에 의문을 제기한다. 그러나 BGG에서의 저조도 및 빈도 분포의 이중성과 유사한 특성을 보이며, 고립군의 특성을 일부 갖는다.

ABSTRACT

The most accepted scenario for the origin of fossil groups (FGs) is that they are galaxy associations in which the merging rate was fast and efficient. These systems have assembled half of their mass at early epoch of the Universe, subsequently growing by minor mergers. They could contain a fossil record of the galaxy structure formation. We have started a project in order to characterize a large sample of FGs. In this paper we present the analysis of the fossil system RX J105453.3+552102. Optical deep images were used for studying the properties of the brightest group galaxy and for computing the photometric luminosity function of the group. We have also performed a detail dynamical analysis of the system based on redshift data for 116 galaxies. This galaxy system is located at z=0.47, and shows a quite large line-of-sight velocity dispersion σ_{v}~1000 km/s. Assuming the dynamical equilibrium, we estimated a virial mass of M ~ 10^{15} h_{70} M_{\odot}. No evidence of substructure was found within 1.4 Mpc radius. We found a statistically significant departure from Gaussianity of the group members velocities in the most external regions of the group. This could indicate the presence of galaxies in radial orbits in the external region of the group. We also found that the photometrical luminosity function is bimodal, showing a lack of M_{r} ~ -19.5 galaxies. The brightest group galaxy shows low Sersic parameter (n~2) and a small peculiar velocity. Indeed, our accurate photometry shows that the difference between the brightest and the second brightest galaxies is 1.9 mag in the r-band, while the classical definition of FGs is based on a magnitude gap of 2. We conclude that this fossil system does not follow the empirical definition of FGs. Nevertheless, it is a massive, old and undisturbed galaxy system with little infall of L^{*} galaxies since its initial collapse.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장 대역의 데이터를 활용하여 고립군 후보인 RX J105453.3+552102의 특성을 규명한다.
• 백색 갭과 동적 성질에 기반한 경험적 고립군 정의를 충족하는지 검증한다.
• z ≈ 0.5에서 질량이 크고 동적 평형 상태에 있는 은하단의 형성력사와 진화 상태를 조사한다.
• 밀라니아 시뮬레이션을 사용하여 ΛCDM 프레임워크 내에서 이러한 시스템의 희귀성을 평가한다.

제안 방법

• 가장 밝은 군집은각성(BGG)의 광도 함수와 Sersic 프로파일을 측정하기 위해 깊은 광학 영상을 확보하였다.
• 116개 은하의 redshift 데이터를 확보하여 운동학적 분석을 수행하고, 78개의 군집 구성원을 식별하였다.
• 운동학적 평형 상태를 가정하여 속도 분산(σᵥ ≈ 1000 km s⁻¹)과 비어럴 질량(M(<R₂₀₀) ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉)을 계산하였다.
• 공간적 및 운동학적 데이터를 사용하여 외곽 영역에서의 비정규성과 축방향 비대칭성을 분석하였다.
• 관측된 광도 함수를 시뮬레이션과 이전 은하단 연구와 비교하여 Mr ≈ -19.5에서의 골이 있는 이중성과 유사한 특성을 탐지하였다.
• σ₈ = 0.8인 밀라니아 시뮬레이션을 사용하여 z = 0.5에서 M₂₀₀ > 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉인 거대한 은하단의 기대 밀도를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RX J105453.3+552102는 고립군 분류를 위한 전통적인 밝기 갭 기준(Δm₁₂ > 2 mag)을 충족하는가?
• RQ2 RX J105453.3+552102의 운동학적 상태는 어떠한가? 하위구조나 축방향 비대칭성의 증거가 있는가?
• RQ3 이 시스템의 광도 함수는 어떤 방식으로 형성력사와 은하 집단의 특성을 반영하는가?
• RQ4 RX J105453.3+552102는 z ≈ 0.5에서 거대하고 동적 평형 상태에 있는 은하단에 대해 ΛCDM 시뮬레이션의 예측과 일치하는가?

주요 결과

• 이 시스템은 ⟨z⟩ = 0.47의 적색편이를 가지며, 속도 분산 σᵥ ≈ 1000 km s⁻¹를 보여 비어럴 질량 M(<R₂₀₀) ≈ 1 × 10¹⁵ h₇₀⁻¹ M☉를 산출한다.
• 1.4 Mpc 이내에서 하위구조는 탐지되지 않았으며, 이는 운동학적 평형 상태를 시사하지만, 외곽 영역에서의 비정규성 속도 분포는 축방향 비대칭성을 암시한다.
• 광학적 광도 함수는 Mr ≈ -19.5에서 골이 있는 이중성 구조를 보이며, 중간 밝기 은하의 부재를 시사한다.
• BGG는 Sersic 지수 n ≈ 2를 가지며, 디스크 유사한 등고선을 보이며, 수분이 풍부한 융합을 통한 형성 과정을 암시한다. 반면 건조한 등질량 융합은 고려되지 않는다.
• 두 번째로 밝은 은하 간의 밝기 갭은 r-대역에서 1.9 mag이며, 전통적인 고립군 기준인 2 mag에 못 미친다.
• σ₈ = 0.8인 밀라니아 시뮬레이션에서, z = 0.5에서 이러한 거대 은하단은 약 1개의 시뮬레이션 볼륨당 기대되며, 이는 이러한 시스템이 희귀함을 시사한다.