[논문 리뷰] ROSAT/HRI and ASCA observations of the most luminous X-ray cluster RXJ1347.5-1145

S. Schindler, M. Hattori외 2명|arXiv (Cornell University)|1996. 03. 11.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 적색이동 z=0.451인 초광휘도 은하단 RXJ1347.5-1145의 ROSAT/HRI 및 ASCA X선 관측을 제시하며, 이가 L_X(bol) = 2×10^46 erg/s로 알려진 바 있는 가장 X선 광휘도가 높은 은하단임을 확인한다. 이는 고온(9.3 keV), 높은 철 성분 농도(0.33 태양 질량 단위), 그리고 공식적으로 극단적인 냉각 유량(연간 3000 M☉ 이상)을 보이며, 이는 먼 거리에 위치한 안정된 은하단 시스템에서 관측된 가장 강력한 냉각 유량 중 하나임을 시사한다.

ABSTRACT

We report on the X-ray properties of the exceptional X-ray cluster RXJ1347.5-1145 at z=0.451. We confirm that it is with a luminosity $L_X(bol)=2 imes 10^{46}$ erg/s the most luminous X-ray cluster discovered to date. The mass of the cluster within 1.7 Mpc is $9.8%\pm1.1 imes 10^{14} \msol$. A comparison of the central X-ray mass and the mass determined from a simple gravitational lens model shows a discrepancy of a factor of 2-3 with the X-ray mass being smaller. The temperature of the cluster is $9.3^{+1.1}_{-1.0}$~keV. We detect a strong FeK line corresponding to a metallicity of $0.33\pm0.10$ in solar units, which is an unexpectedly high value for a distant and hot cluster. There are several hints that the cluster contains an extremely strong cooling flow. With the usual assumptions we derive formally a mass accretion rate of more than 3000 $\msol$/yr indicating that this may be the largest cooling flow detected so far. To find these extreme properties in this distant cluster which can be taken as an indication of a well relaxed and old system is of high importance for the theory of formation and evolution of clusters.

연구 동기 및 목표

• 이 연구는 당시까지 알려진 바 있는 가장 광휘도가 높은 X선 은하단인 RXJ1347.5-1145의 X선 특성을 규명하는 데 목적이 있다.
• 다양한 파장대의 X선 데이터를 사용하여 은하단의 온도, 금속 농도 및 질량 분포를 결정하는 데 목적이 있다.
• 이 먼 거리에 위치한 고적색이동 은하단에서 냉각 유량의 존재와 강도를 조사하는 데 목적이 있다.
• X선 질량 추정치를 중력 렌즈 질량 측정치와 비교하여 역학적 일관성을 평가하는 데 목적이 있다.
• 이 극단적인 특성들이 거대 은하단 형성 및 진화에 미치는 영향을 평가하는 데 목적이 있다.

제안 방법

• 고해상도 이미징 데이터 분석을 통해 ROSAT 고해상도 이미저(HRI)를 사용하여 X선 표면 밝기 및 온도 분포를 매핑한다.
• ASCA 데이터의 스펙트럼 피팅을 통해 열적 X선 방출을 측정하며, 금속 농도 결정을 위한 철 K-알파 선을 포함한다.
• 유체 정적 평형 모델링을 사용하여 X선 온도 및 밀도 프로파일로부터 1.7 Mpc 이내의 은하단 총질량을 추정한다.
• X선로 유도된 질량과 중력 렌즈를 통해 유추된 질량을 비교하여 이질성을 탐지한다.
• 표준 냉각 유량 모델을 적용하여 스펙트럼 선 방출 및 표면 밝기 프로파일로부터 질량 유입률을 추정한다.
• 적색이동 z=0.451을 사용하여 광도 및 질량 계산에서 천체역학적 효과를 보정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RXJ1347.5-1145의 X선 광도, 온도 및 금속 농도는 무엇이며, 다른 알려진 은하단과 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ2 이 먼 거리에 위치한 거대 은하단에서 냉각 유량의 증거가 있는가? 만약 있다면 그 강도는 어느 정도인가?
• RQ3 왜 X선 질량 추정치가 중력 렌즈 질량 추정치보다 현저히 낮은가? 이는 은하단의 역학에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 고적색이동, 고온의 은하단에서 관측된 높은 철 농도(0.33 태양 질량 단위)는 현재의 은하단 풍부화 모델에 어떤 도전을 가하는가?
• RQ5 연간 3000 M☉ 이상의 냉각 유량이 관측된다는 것은 거대 은하단의 진화에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• RXJ1347.5-1145는 봉합 광도 2×10^46 erg/s로 알려진 바 있는 가장 X선 광휘도가 높은 은하단으로 확인되었다.
• 은하단은 9.3^{+1.1}_{-1.0} keV의 고온을 지니며, 이는 거대하고 뜨거운 간은하간 매질과 일치한다.
• 강한 철 K-알파 선은 태양 단위로 0.33±0.10의 금속 농도를 나타내며, 이는 먼 거리에 위치한 고온 은하단에서는 이례적으로 높은 수준이다.
• 1.7 Mpc 이내의 X선 질량은 9.8±1.1×10^14 M☉이지만, 이는 중력 렌즈로 유추된 질량보다 2~3배 낮다.
• 공식적인 모델링 결과, 냉각 유량 질량 유입률이 3000 M☉/yr를 초과하는 것으로 나타나, 관측된 바 가장 강력한 냉각 유량 중 하나임을 시사한다.
• 극단적인 광도, 높은 금속 농도 및 강력한 냉각 유량을 동시에 지닌 안정된 고적색이동 은하단은 현재의 은하단 형성 및 진화 이론에 중대한 도전을 제기한다.