[논문 리뷰] The 2XMMi/SDSS Galaxy Cluster Survey I. The first cluster sample and X-ray luminosity-temperature relation

A. Takey, A. Schwope외 1명|2011. 09. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 43인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 2XMMi/SDSS 은하단 조사에서 XMM-Newton 우연적 소스를 SDSS 광학적 은하단 목록과 교차 매칭하여 선별한 175개의 X선 은하단 샘플을 제시한다. 자동화된 X선 데이터 처리 및 스펙트럼 피팅을 통해 X선 온도, 빛의 세기, 물리적 매개변수(L500, M500, R500)를 도출하였으며, 이는 이전의 고광도 샘플과 일치하는 기울기를 가지며 더 낮은 빛의 세기와 온도 영역으로 X선 L-T 관계를 연장시킨다.

ABSTRACT

We present a catalogue of X-ray selected galaxy clusters and groups as a first release of the 2XMMi/SDSS Galaxy Cluster Survey. The survey is a search for galaxy clusters detected serendipitously in observations with XMM-Newton in the footprint of the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). The main aims of the survey are to identify new X-ray galaxy clusters, investigate their X-ray scaling relations, identify distant cluster candidates and study the correlation of the X-ray and optical properties. In this paper we describe the basic strategy to identify and characterize the X-ray cluster candidates that currently comprise 1180 objects selected from the second XMM-Newton serendipitous source catalogue (2XMMi-DR3). Cross-correlation of the initial catalogue with recently published optically selected SDSS galaxy cluster catalogues yields photometric redshifts for 275 objects. Of these, 182 clusters have at least one member with a spectroscopic redshift from existing public data (SDSS-DR8). Here we present the X-ray properties of the first cluster sample which comprises 175 clusters, among which 139 objects are new X-ray discoveries while the others were previously known as X-ray sources. The first cluster sample from the survey covers a wide range of redshifts from 0.09 to 0.61, bolometric luminosities L_500 = 1.9 x 10^42 - 1.2 x 10^45 erg/s, and masses M_500 = 2.3 x 10^13 - 4.9 x 10^14 Msun. We extend the relation between the X-ray bolometric luminosity L_500 and the X-ray temperature towards significantly lower T and L and still find that the slope of the linear L-T relation is consistent with values published for high luminosities.

연구 동기 및 목표

• XMM-Newton 우연적 소스를 SDSS 광학적 은하단 목록과 교차 매칭하여 새로운 X선으로 선별된 은하단을 식별하기 위해.
• XMM-Newton 데이터의 자동 스펙트럼 피팅을 통해 확인된 은하단의 X선 특성(온도, 빛의 세기, 복사율)을 특성화하기 위해.
• 이전의 고광도 샘플과 일치하는 기울기를 가지며, 낮은 빛의 세기와 온도 영역으로 X선 복사율-온도(L-T) 관계를 연장하기 위해.
• 원거리 은하단 후보자들을 SDSS 한계를 초월하여 식별함으로써 향후 eROSITA 은하단 조사에 대비하여 X선 스케일링 관계를 개선하기 위해.
• 275개의 광학적으로 매칭된 은하단에 대해 X선 및 광학적 특성(광학적 적색편이, 분광적 적색편이 포함)을 상관시키기 위해.

제안 방법

• 2XMMi-DR3 목록의 1180개의 X선 은하단 후보자를 1 아크분 이내의 반경에서 네 개의 공개된 SDSS 기반 광학적 은하단 목록과 교차 매칭하였다.
• XMM-Newton X선 관측 데이터의 자동 재처리를 적용하여 최적의 소스 추출 반경을 결정하고, 소스 및 배경 스펙트럼을 생성하였다.
• 확인된 은하단에 대해 스펙트럼 피팅을 수행하여 X선 온도, 복사율(0.5–2 keV), 빛의 세기를 유도하였으며, 오차는 50% 이하의 비율 불확실성으로 제한되었다.
• 기존의 스케일링 관계를 활용한 반복적 절차를 통해 은하단의 500 kpc 반경 내에서 R500, L500(복사율), M500(총 질량)의 물리적 매개변수를 추정하였다.
• SDSS-DR8 자료에서 275개의 은하단에 대해 광학적 적색편이를 추출하였고, 182개의 은하단(120개의 BCG 포함)에 대해 분광적 적색편이를 확인하였다.
• 유도된 L500 및 온도 값들을 활용하여 적색편이 범위 0.09–0.61 동안 X선 L-T 관계를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 X선으로 선별된 은하단 샘플을 통해 측정된 낮은 빛의 세기와 온도 영역에서 X선 L-T 관계의 범위와 신뢰성은 어떠한가?
• RQ2 XMM-Newton 우연적 소스를 SDSS 광학 데이터와 교차 매칭함으로써 얼마나 많은 새로운 X선 은하단을 발견할 수 있는가?
• RQ3 특히 X선 중심과 광학 중심 간의 적색편이 및 공간적 이격 정도에서 X선과 광학적 특성 간 상관관계는 어느 정도인가?
• RQ4 대규모 은하단 샘플에 대해 자동화된 X선 데이터 처리 및 스펙트럼 피팅이 신뢰성 있고 정확한 X선 매개변수를 일관되게 도출할 수 있는가?
• RQ5 2XMMi-DR3 X선 은하단 후보자들 중 z = 0.6를 초월하는 원거리 은하단 후보자들의 비율은 얼마이며, 기존의 은하단과 비교해 어떤 특성을 갖는가?

주요 결과

• 첫 번째 은하단 샘플은 총 175개의 X선 은하단으로 구성되어 있으며, 이 중 139개는 X선에서 새로 발견된 것으로, 적색편이는 0.09에서 0.61 사이이다.
• 복사율(L500) 범위는 1.9×10^42에서 1.2×10^45 erg s⁻¹이며, 질량(M500)은 2.3×10^13에서 4.9×10^14 M⊙ 사이이다.
• X선 L-T 관계는 더 낮은 빛의 세기와 온도 영역으로 연장되었으며, 기울기는 REXCESS 샘플 및 이전의 고광도 연구와 일치한다.
• 275개의 은하단에 대해 광학적 적색편이를 확보하였고, 182개의 은하단(120개의 BCG 포함)에 대해 분광적 적색편이를 확인하였다.
• 확인된 샘플의 80%인 140개의 은하단은 새로운 X선 탐지 결과였으며, 나머지 35개는 이전에 ROSAT, Chandra 또는 XMM-Newton 조사에서 이미 알려진 바 있었다.
• 자동화된 X선 데이터 처리 파이프라인은 175개의 은하단에 대해 신뢰할 수 있는 X선 매개변수(T, F, L)를 성공적으로 도출하였으며, 비율 불확실성은 50% 이하로 유지되어 신뢰성 있는 스케일링 관계 분석이 가능했다.