[논문 리뷰] Morphology of the Virgo Cluster: Gas versus Galaxies

S. Schindler, B. Binggeli외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 11. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 ROSAT X선 자료와 Virgo Cluster Catalog를 사용하여 Virgo 은하군 내 은하와 은하간 가스의 공간 분포를 비교한다. 새로운 통계적 분해 방법을 통해 M87, M49, M86 세 개의 주요 준구조를 식별하고, 군집 중심부에서 가스 밀도 프로파일이 은하 프로파일보다 더 급격히 기울어져 있음을 발견하였으며, M87에서는 가스가 은하보다 약 3배 더 많은 질량 기여를 하지만 M49에서는 오직 1–14%에 불과하며, 질량-광도 비율은 약 500 M☉/L☉ 수준을 유지한다.

ABSTRACT

We draw a quantitative comparison of the distribution of the galaxies and the intra-cluster gas in the Virgo cluster by extending the morphological analysis by Binggeli et al. (1987) to the intra-cluster gas. We use the Virgo Cluster Catalog in combination with data from the ROSAT All-Sky Survey. The galaxy distribution and the gas distribution are relatively similar. In both wavebands the irregular structure of Virgo can be decomposed into three major subclusters centred on M87, M49, and M86. A new statistical method of subcluster decomposition is applied. Radial galaxy and X-ray density profiles of the three subclusters are fitted with beta-models, allowing analytic deprojection. Comparison of these profiles reveals, that there is no general luminosity segregation. The gas density profile is steeper than the galaxy density profile in the inner part, while this trend is reversed in the outer part. A comparison among the subclusters shows the poorer the subcluster the steeper its radial profile, i.e. the more compact it is, both in the optical and the X-rays. The subcluster profiles for different Hubble types confirm the well-known result that the distribution of the late-type galaxies is more extended than the early types. Differential and integrated mass density profiles of the different components in the M87 and M49 subclusters are presented. The total, gravitating mass is inferred from the distribution of the X-ray gas. In the M87 subcluster the gas mass is about three times the mass in galaxies, while it accounts only for 8% to 14% of the total mass at 0.4 and 1 Mpc, respectively. In the M49 subcluster there is more mass in the galaxies than in the gas and the gas-to-total mass fraction is only 1%, which is unusually low for a cluster. The mass-to-light ratios show relatively constant values around 500Msol/Lsol.

연구 동기 및 목표

• Virgo 은하군 내 은하와 은하간 가스의 공간 형태를 정량적으로 비교하기 위해.
• 은하 및 X선 방출 분포의 통계적 분해를 통해 Virgo 은하군 내 준구조를 식별하고 특성화하기 위해.
• 3차원 밀도 프로파일의 해석적 재구성 가능성을 위해, 베타 모델을 사용하여 준구조 내 은하 및 X선 가스의 반경 방향 밀도 프로파일을 분석하기 위해.
• X선 가스 재구성 기반으로 M87 및 M49 준구조 내 질량 분포와 질량-광도 비율을 결정하기 위해.
• 은하군 내 빛의 세기 분리 현상과 허블 유형에 따른 공간 분포의 차이를 조사하기 위해.

제안 방법

• 광학적 은하 위치와 등급을 위해 Virgo Cluster Catalog를 활용하였다.
• 은하간 가스 분포를 맵핑하기 위해 ROSAT All-Sky Survey X선 자료와 융합하였다.
• 은하와 X선 방출의 공간 군집을 기반으로 한 새로운 통계적 방법을 사용하여 준구조 분해를 수행하였다.
• 3차원 밀도 프로파일의 해석적 재구성을 가능하게 하기 위해, 은하 및 X선 밀도 프로파일을 베타 모델로 피팅하였다.
• 유체 정적 평형 조건을 통해 X선 가스 온도 및 밀도로부터 미분 및 통합 질량 밀도 프로파일을 계산하였다.
• 전체 중력 질량과 은하의 전체 V-대역 광도를 사용하여 질량-광도 비율을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Virgo 은하군 내 은하와 은하간 가스의 공간 분포는 어떻게 비교되는가?
• RQ2 은하 및 X선 가스 분포 측면에서 Virgo 은하군의 준구조 구성은 어떠한가?
• RQ3 은하군 준구조 성분 내에서 은하와 X선 가스 간의 반경 방향 밀도 프로파일에 차이가 있는가?
• RQ4 M87 및 M49 준구조 내에서 가스와 은하의 총 질량에 대한 기여 비율은 각각 얼마인가?
• RQ5 다양한 준구조 및 허블 유형 간 질량-광도 비율과 질량 비율은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• Virgo 은하군 내 은하 및 가스 분포는 구조적으로 유사성이 뚜렷하며, 각각 M87, M49, M86 중심의 세 개의 주요 준구조를 나타낸다.
• 준구조의 내부 영역에서는 가스 밀도 프로파일이 은하 프로파일보다 더 급격히 기울어져 있지만, 외곽 영역에서는 이 경향이 반전된다.
• 낮은 질량의 준구조(낮은 질량)는 더 급격한 반경 방향 프로파일을 보이며, 이는 광학 및 X선 방출 모두에서 더 높은 집중성을 나타낸다.
• 후기형 은하는 초기형 은하보다 더 넓게 퍼져 있으며, 기존의 형태학적 분리 현상을 확인한다.
• M87 준구조에서는 가스 질량이 은하의 별 질량보다 약 3배 더 크며, M49에서는 가스가 총 질량의 오직 1%에 불과하여 매우 낮은 값이다.
• 준구조 전반에서 질량-광도 비율은 약 500 M☉/L☉ 수준에서 상대적으로 일정하며, 이는 빛나는 물질에 비해 일관된 중력 질량 분포를 의미한다.