[논문 리뷰] The Dynamics of Groups and Clusters of Galaxies and Links to Cosmology

G. A. Mamon|ArXiv.org|1995. 11. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 은하 군대와 은하단의 역학을 검토하며, 그들의 구조적 특성과 천체론적 파rameter를 연결한다. 광학, X선, 약한 렌즈 데이터를 사용하여, r⁻¹만큼 급격한(기울기가 높은) 밀도 프로파일과 높은 부구조를 발견하였으며, 이는 고밀도 천체론적 밀도 파rameter(Ω₀ ≳ 0.5)를 지지하고 있으며, 은하단이 역학적으로 젊다는 것을 시사한다. 비록 계속 진행 중인 융합이 존재하더라도, 구형 토포하트 모델은 유용한 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

The links between the internal structure of galaxy groups and clusters and cosmological parameters are reviewed here. The mass density profiles of clusters, inferred from both optical analyses of the galaxy surface number density profile coupled with internal kinematics, and from weak gravitational lensing, appear cuspy with inner density profiles at least as steep as $r^{-1}$, as is expected from high-resolution cosmological $N$-body simulations starting with scale-free or CDM initial conditions. The high level of substructure both in the galaxy distribution and in the diffuse hot gas seen in X-rays is consistent with dynamically young clusters and a cosmological density parameter $Ω_0 \gta 0.5$. Despite the importance of cluster-cluster merging witnessed by these substructures, the spherical top-hat cosmology appears to give good indications of the underlying physics of clusters and groups, including a fundamental evolutionary track in a space of observational parameters for groups. Dynamical processes operating in groups and clusters are reviewed. Previrialization of groups and clusters before their full collapse is not expected on theoretical grounds, and the ensemble of positions of compact groups, relative to the fundamental track is a potentially useful constraint on previrialization.

연구 동기 및 목표

• 은하 군대와 은하단의 내부 구조와 천체론적 파rameter 간의 관계를 이해하는 것.
• 관측된 부구조와 밀도 프로파일이 천체론적 밀도 파arameter Ω₀의 값을 제약하는 정도를 평가하는 것.
• 지속적인 융합에도 불구하고, 구형 토포하트 모델이 은하단과 군대의 진화를 기술하는 데 얼마나 타당한지 평가하는 것.
• 밀집된 군대에서의 사전-비르יאל라이제이션의 역할을 은하단 형성 역사 탐색의 도구로 조사하는 것.
• 광학, X선, 약한 렌즈 데이터를 통합하여 역학적 및 천체론적 제약 조건을 유도하는 것.

제안 방법

• 은하 표면 수밀도 프로파일과 내부 운동을 결합하여 질량 밀도 프로파일을 추론한다.
• 약한 중력 렌즈 측정을 사용하여 질량 프로파일을 독립적으로 제약하고 기울기 있는 구조를 확인한다.
• 은하 분포와 고온 가스에서 관측된 부구조를 역학적 젊음의 이론적 기대와 비교한다.
• 구형 토포하트 붕괴 모델을 사용하여 군대와 은하단의 진화 궤적을 관측적 파라미터 공간에서 기술한다.
• 밀집된 군대의 위치가 기본 진화 궤적과 상대적으로 어떻게 되어 있는지 평가하여 사전-비르iel라이제이션 효과를 검증한다.
• N-체 시뮬레이션의 결과를 스케일 프리 또는 CDM 초기 조건과 통합하여 관측된 은하단 형태와 역학을 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하단에서 질량 밀도 프로파일의 형태는 어떻게 되며, 천체론적 시뮬레이션의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 은하와 고온 가스에서 관측된 부구조는 얼마나 클 정도로 은하단이 역학적으로 젊고 진화 중임을 시사하는가?
• RQ3 지속적인 융합에도 불구하고, 구형 토포하트 모델이 군대와 은하단의 역학적 진화를 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ4 기본 진화 궤적에 대한 밀집된 군대의 위치는 사전-비르iel라이제이션 발생 여부를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 광학, X선, 약한 렌즈 데이터의 조합으로부터 은하단 구조에 대해 어떤 천체론적 제약 조건을 이끌어낼 수 있는가?

주요 결과

• 은하단에서 질량 밀도 프로파일은 기울기 있는 형태를 띠며, 내부 기울기는 r⁻¹만큼 급격한 것으로, CDM 또는 스케일 프리 초기 조건을 사용한 고해상도 N-체 시뮬레이션의 예측과 일치한다.
• 은하 분포와 X선으로 방출되는 고온 가스에서 관측된 높은 수준의 부구조는 은하단이 역학적으로 젊고, Ω₀ ≳ 0.5의 천체론적 밀도 파arameter를 지지함을 시사한다.
• 은하단 간의 빈번한 융합에도 불구하고, 구형 토포하트 모델은 은하단과 군대 진화의 기본 물리적 메커니즘을 합리적으로 근사한다.
• 기본 진화 궤적에 대한 밀집된 군대의 위치 집합은 사전-비르iel라이제이션에 대한 잠재적 제약 조건을 제공하며, 이는 이론적으로 예상되지 않는다는 것을 시사한다.
• 약한 중력 렌즈는 광학 운동학으로 유도된 급격한 내부 질량 프로파일을 확인하여, 은하단의 기울기 있는 코어 존재를 더욱 강화한다.
• 광학, X선, 렌즈 데이터 간의 일관성은 고-Ω₀ 천체론적 모델 하에서 은하단 형성과 진화의 통합된 그림을 지지한다.