[논문 리뷰] High redshift X-ray galaxy clusters. II. The L_X-T relationship revisited

M. Branchesi, I. M. Gioia외 2명|ArXiv.org|2007. 06. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 천체망원경 및 XMM-Newton 관측을 통해 취득한 39개의 고적도 은하단에서 X선 복사율-온도(L_X–T) 관계를 재평가한다. 자가유사 모델이 예측하는 것보다 더 급격한 L_X–T 기울기를 발견하였고, 강한 진화가 존재함을 밝혀냈다. z ≤ 0.3인 은하단은 같은 온도에서 국지 은하단보다 약 2배 더 높은 복사율을 보이며, 고적도에서는 진화가 더 약하다. 이는 비중력적 물리가 은하단 가열을 지배할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

In this paper we re-visit the observational relation between X-ray luminosity and temperature for high-z galaxy clusters and compare it with the local L_X-T and with theoretical models. To these ends we use a sample of 17 clusters extracted from the Chandra archive supplemented with additional clusters from the literature, either observed by Chandra or XMM-Newton, to form a final sample of 39 high redshift (0.25 < z < 1.3) objects. Different statistical approaches are adopted to analyze the L_X-T relation. The slope of the L_X-T relation of high redshift clusters is steeper than expected from the self-similar model predictions and steeper, even though still compatible within the errors, than the local L_X-T slope. The distant cluster L_X-T relation shows a significant evolution with respect to the local Universe: high-z clusters are more luminous than the local ones by a factor ~2 at any given temperature. The evolution with redshift of the L_X-T relation cannot be described by a single power law nor by the evolution predicted by the self-similar model. We find a strong evolution, similar or stronger than the self-similar model, from z = 0 to z <0.3 followed by a much weaker, if any, evolution at higher redshift. The weaker evolution is compatible with non-gravitational models of structure formation. According to us a statistically significant sample of nearby clusters (z < 0.25) should be observed with the current available X-ray telescopes to completely exclude observational effects due to different generation detectors and to understand this novel result.

연구 동기 및 목표

• 업데이트된 관측 데이터를 활용해 고적도 은하단에서의 X선 복사율-온도(L_X–T) 관계를 재검토하기.
• 고적도 L_X–T 관계를 국지 L_X–T 관계 및 이론적 자가유사 모델 예측과 비교하기.
• L_X–T 관계의 적도에 따른 진화를 조사하고 은하단 형성 물리학에 대한 함의를 평가하기.
• 관측된 자가유사성의 편차가 AGN 피드백 또는 냉각과 같은 비중력적 과정 때문인지 확인하기.

제안 방법

• 천체망원경 자료에서 17개의 은하단과 XMM-Newton 또는 천체망원경로 관측된 22개의 추가 은하단을 결합하여 고적도 은하단 샘플(0.25 < z < 1.3)을 구성함.
• X선 데이터에 스펙트럼 피팅을 수행하여 은하단 내 매질(ICM)의 온도(T)를 측정하고, R_500 반경까지의 X선 복사율(L_X)을 외삽함.
• 선형 회귀 및 χ² 최소화와 같은 다수의 통계적 접근법을 적용하여 L_X–T 관계를 피팅하고 산란 및 내재 산란을 평가함.
• 자기유사 모델 예측과 비교하기 위해 복사율을 우주론적 요소 E_z^(-1) (Δ_z / Δ_z=0)^(-1/2)로 스케일링함.
• Markevitch(1998)와 Arnaud & Evrard(1999)의 국지 L_X–T 관계를 동일한 선택 및 분석 프레임워크로 고적도 L_X–T 관계와 비교함.
• Malmquist 편향을 보정하고 피팅된 파rameter의 신뢰성을 확보하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적도 은하단에서의 L_X–T 관계는 자가유사 모델 예측인 L_X ∝ T²와 일치하는가?
• RQ2 고적도 은하단의 L_X–T 기울기는 국지 은하단과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 L_X–T 관계는 적도에 따라 어떻게 진화하는가? 자가유사 모델 예측과 어떻게 다를까?
• RQ4 관측된 진화는 AGN 피드백 또는 복사 냉각과 같은 비중력적 과정이 은하단 가열을 지배한다는 것을 시사하는가?
• RQ5 관측된 L_X–T 진화는 단일 거듭제곱 법칙 또는 적도에 의존하는 진화 모델로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 17개 은하단 샘플에서 고적도 은하단의 L_X–T 관계 기울기는 α = 3.14⁺⁰.³⁴₋₀.²⁹로 나타나 자가유사 모델 예측인 L_X ∝ T²보다 유의미하게 더 급격함.
• 고적도 L_X–T 관계는 국지 L_X–T 관계(기울기 ≈ 3.0)보다 더 급격하지만, 1σ 오차 범위 내에서 일치함.
• 고적도 은하단은 같은 온도에서 국지 은하단보다 평균적으로 약 2배 더 높은 복사율을 보이며, L_X–T 관계의 강한 진화를 시사함.
• 진화는 z = 0에서 z ≤ 0.3 사이에서 가장 강력하며, 그 이후에는 고적도(z > 0.3)에서는 매우 약하거나 무시할 수 있는 진화를 보임.
• 관측된 진화는 단일 거듭제곱 법칙이나 자가유사 모델로 기술될 수 없으며, 오히려 두 단계의 진화를 암시함: 저적도에서 강한 진화, 고적도에서 약한 진화.
• 고적도에서의 약한 진화는 AGN 피드백 또는 에너지 주입과 같은 비중력적 구조 형성 모델과 호환됨.