[논문 리뷰] Multi-wavelength study of X-ray luminous clusters at z ~ 0.3 I. Star formation activity of cluster galaxies

F. G. Braglia, D. Pierini외 2명|arXiv (Cornell University)|2009. 02. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 91인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 z ~ 0.3에서 X선으로 밝은 은하군집에서 다중 파장 데이터를 활용하여 별 형성 활동을 조사한다. 여기에는 광도 측정, 분광학 및 GALEX FUV 이미징이 포함된다. 연구 결과, 군집의 운동 상태—특히 융합 중인 시스템인지 또는 안정된 냉핵을 가진 군집인지 여부—가 구성 은하의 별 형성 역사를 강하게 결정하며, 융합 중인 군집 RXCJ 0014.3-3022에서는 필라멘터리 구조를 따라 별 형성 활동이 증가하는 것으로 나타났다. 반면 안정된 군집인 RXCJ 2308.3-0211은 외곽 영역까지도 주로 휴면 상태의 은하를 포함하고 있다.

ABSTRACT

The current paradigm of cosmic formation and evolution of galaxy clusters foresees growth mostly through merging. Galaxies in the infall region or in the core of a cluster undergo transformations owing to different environmental stresses. For two X-ray luminous clusters at redshift z ~ 0.3 with opposite X-ray morphologies, RXCJ0014.3-3022 and RXCJ2308.3-0211, we assess differences in galaxy populations as a function of cluster topography. Cluster large-scale structure and substructure are determined from the combined photometry in the B, V, and R bands, and from multi-object optical spectroscopy at low resolution. A spectral index analysis is performed, based on the [OII] and Hdelta features, and the D4000 break, available for more than 100 member galaxies per cluster. Combination of spectral indices and FUV-optical colours provides a picture of the star formation history in galaxies. In spite of the potential presence of a small fraction of galaxies with obscured star formation activity, the average star-formation history of cluster members is found to depend on cluster-centric distance and on substructure. There is a sharp increase in star formation activity along two well-defined filamentary structures of the merging cluster RXCJ0014.3-3022, out to its virial radius and beyond, produced by luminous (L ~ L*) and sub-L* galaxies. Conversely, the regular cool-core cluster RXCJ2308.3-0211 mostly hosts galaxies which either populate the red sequence or are becoming passive. These results suggest the existence of a correspondence between assembly state and overall age of the stellar populations of galaxies inside the virialized region and in the surrounding large scale structure of massive clusters at z ~ 0.3. (Abridged)

연구 동기 및 목표

• z ~ 0.3에서 X선으로 밝은 두 군집에서 은하의 별 형성 활동이 군집 중심에서의 거리와 부구조에 따라 어떻게 변화하는지 조사하기 위해.
• 군집의 운동 상태(융합 중인지 여부 대비 안정 상태인지)가 구성 은하의 별 형성 역사에 영향을 미치는지 판단하기 위해.
• 대규모 구조와 필라멘터리 유입이 거대 군집 내 은하 집단의 형성에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 최근 및 은폐된 별 형성 활동을 추적하기 위해 광학 및 FUV 광도 측정과 분광학적 인덱스를 통합적으로 활용하기 위해.
• 군집의 체적 역사와 구성 은하의 별 집단 평균 연령 사이의 연관성을 설정하기 위해.

제안 방법

• 각 군집의 100개 이상의 구성 은하에 대해 B, V, R 파장에서 다중 목적 분광학을 확보하여 적색편이 및 스펙트럼 인덱스를 결정하였다.
• BVR 광도 측정에서 정적 적색편이와 휴면 상태 (B-R) 색상 값을 계산하여 은하 과밀도와 부구조를 매핑하였다.
• 분광학적 인덱스를 측정: [O II] λ3727 등가폭, Hδλ4102 등가폭, D4000 붕괴 강도를 통해 별 형성 역사를 추론하였다.
• GALEX 암시에서 원격 자료에서 적외선 외부(FUV) 광도 측정을 확보하여 최근 별 형성과 은폐된 활동을 탐지하였다.
• (B-R)–R 색상-등급도 다이어그램과 과밀도 지ap을 구성하여 빨간 시퀀스와 필라멘터리 구조를 식별하였다.
• 두 군집의 비르발 영역과 대규모 환경에서의 은하 집단을 비교하여 환경 의존성 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 0.3에서 X선으로 밝은 군집에서 은하의 별 형성 활동은 군집 중심에서의 거리에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 군집의 부구조와 대규모 필라멘터리 구조는 은하 별 형성 활동을 어떻게 조절하는가?
• RQ3 군집의 운동 상태(융합 중 대비 안정 상태)는 구성 은하의 별 형성 역사와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ4 L_R ≥ L_R^*와 sub-L_⋆ 은하 간에 군집 환경에서 별 형성 활동이 얼마나 다를까?
• RQ5 은폐된 별 형성 활동의 증거가 있으며, 이는 군집 형태에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 두 군집의 핵심 영역은 오래된, 휴면 상태의 별 집단으로 구성된 은하들이 지배하며, (B-R)–R 색상-등급도 다이어그램에서 잘 정의된 빨간 시퀀스를 형성한다.
• 융합 중인 군집인 RXCJ 0014.3-3022에서는 R_200 이내 및 이를 초월하는 영역까지 연장되는 두 개의 필라멘터리 구조를 따라 별 형성 활동이 급격히 증가한다. 주로 빛나는 은하와 sub-L_⋆ 은하에서 관측된다.
• 안정된 냉핵 군집인 RXCJ 2308.3-0211에서는 대부분의 빛나는 은하가 휴면 상태이거나 휴면 상태로 전환 중이며, 오직 sub-L_⋆ 은하들만이 뚜렷한 지속적인 별 형성 활동을 보인다.
• 분광학적 인덱스(D4000, [O II], Hδ)와 FUV–광학 색상은 은하의 별 형성 역사가 군집 중심에서의 거리와 군집의 운동 상태에 따라 강하게 의존하고 있음을 확인한다.
• RXCJ 0014.3-3022의 대규모 환경은 여전히 활성적이며, 필라멘터리 구조가 별 형성 활동을 강화하고 있다. 반면 RXCJ 2308.3-0211는 주로 휴면 또는 휴면 상태의 은하로 구성된 지역에 위치해 있다.
• 결과는 빨간 시퀀스의 안쪽에서부터 시작되는 축적 구조를 지지하며, 군집의 체적 역사와 구성 은하의 평균 별 형성 활동 사이에 직접적인 연관성이 있음을 시사한다.