[논문 리뷰] The RASS-SDSS Galaxy Cluster Survey. III. Scaling relations of galaxy clusters

P. Popesso, A. Biviano외 3명|arXiv (Cornell University)|2004. 11. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 67인용 수 86

한 줄 요약

이 연구는 RASS-SDSS 은하단 샘플을 분석하여 광학 및 X선 복사능이 은하단 질량, 온도, 속도 분산을 예측하는 데 어떻게 기여하는지 비교한다. SDSS 분광학 및 X선 자료를 사용하여, 광학 복사능은 은하단 질량을 40%의 정확도로 예측하며, 이는 X선 복사능의 55%보다 뛰어나다. 이는 광학 복사능이 X선 복사능보다 기본적인 은하단 성질을 더 신뢰할 수 있는 지표로 작용한다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We use the RASS-SDSS galaxy cluster sample to compare the quality of optical and X-ray luminosities as predictors of other cluster properties such as their masses, temperatures, and velocity dispersions. We use the SDSS spectroscopic data to estimate the velocity dispersions and the virial masses of a subsample of 69 clusters within r_{500} and r_{200}. The ASCA temperature of the intra-cluster medium, T_X, is retrieved from the literature for a subsample of 49 clusters. For this subsample we estimate the cluster masses also by using the mass-temperature relation. We show that the optical luminosity, L_{op}, correlates with the cluster mass much better than the X-ray luminosity, L_X. L_{op} can be used to estimate the cluster mass with an accuracy of 40% while L_X can predict the mass only with a 55% accuracy. We show that correcting $L_X$ for the effect of a cool core at the center of a cluster, lowers the scatter of the $L_X-M$ relation only by 3%. We find that the scatter observed in the L_{op}-L_X relation is determined by the scatter of the L_X-M relation. The mass-to-light ratio in the SDSS i band clearly increases with the cluster mass with a slope 0.2\pm0.08. The optical and X-ray luminosities correlate in excellent way with both T_X and σ_V with an orthogonal scatter of 20% in both relations. Moreover, L_{op} and L_X can predict with the same accuracy both variables. We conclude that the cluster optical luminosity is a key cluster parameter since it can give important information about fundamental cluster properties such as the mass, the velocity dispersion, and the temperature of the intra-cluster medium.

연구 동기 및 목표

• 광학 및 X선 복사능이 은하단 질량, 온도, 속도 분산을 예측하는 데 얼마나 효과적인지 평가하는 것.
• 냉각핵 효과가 X선 복사능과 질량을 연결하는 스케일링 관계의 산란에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 균일하고 대규모의 은하단 샘플에서 광학 복사능이 X선 복사능보다 질량 추정에 더 정확한지를 판단하는 것.
• SDSS i-대역 자료를 사용하여 은하단 질량에 따른 질량-광도비의 추세를 조사하는 것.
• 광학 복사능과 X선 복사능 간의 상관관계 및 이들이 ICM 온도와 속도 분산을 예측하는 데의 능력을 검토하는 것.

제안 방법

• 연구는 RASS-SDSS 은하단 샘플을 사용하며, r500 및 r200 내에서 속도 분산과 비르יאל 질량 추정을 위해 스펙트럼적 적색편이를 가진 69개의 은하단을 선별한다.
• 49개의 은하단에 대한 부분집합에 대해 X선 복사능과 ASCA 온도(TX)는 문헌에서 확보한다.
• 결과의 교차 검증을 위해 비르יאל 정리와 질량-온도 관계를 모두 사용하여 은하단 질량을 추정한다.
• 광학 복사능(Lop)은 동일한 광학 측정법을 사용한 DR2 자료에서 SDSS i-대역으로 계산되며, 스펙트럼적 적색편이를 통해 은하 구성원을 결정한다.
• 두 변수 모두의 오차를 최소화하기 위해 수평 거리 회귀 분석을 사용하여 스케일링 관계의 산란을 분석한다.
• 가능한 한 X선 온도에 냉각핵 보정을 적용하고, 이들이 Lx–M 및 Lop–TX 관계에 미치는 영향을 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학 복사능이 X선 복사능보다 은하단 질량과 더 강하게 상관관계를 가지는가?
• RQ2 냉각핵의 존재가 Lx–M 및 Lop–TX 스케일링 관계의 산란에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 광학 복사능은 X선 복사능과 유사한 정확도로 은하단 속도 분산과 X선 온도를 예측할 수 있는가?
• RQ4 은하단 질량 증가에 따라 질량-광도비의 추세는 어떠한가?
• RQ5 Lop와 Lx가 은하단 질량, 온도, 속도 분산을 추정하는 데 있어 예측 정확도는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 광학 복사능(Lop)은 은하단 질량을 40%의 산란으로 예측하며, 이는 X선 복사능(Lx)의 55% 산란보다 유의미하게 뛰어나다.
• 냉각핵 효과를 고려한 X선 복사능 보정은 Lx–M 관계의 산란을 오직 3% 감소시킬 뿐이며, 이는 냉각핵 효과가 산란의 주요 원인이 아니라는 것을 시사한다.
• Lop–Lx 관계의 산란은 본질적인 Lop–Lx 산란이 아니라, Lx–M 관계의 산란에 의해 주로 결정된다.
• SDSS i-대역에서 질량-광도비는 은하단 질량 증가에 따라 증가하며, 기울기는 0.2 ± 0.08로 질량 증가에 따라 M/L가 체계적으로 증가함을 나타낸다.
• Lop와 Lx는 X선 온도(TX)와 속도 분산(σV)과 각각 20%의 수평 산란으로 상관관계를 가지며, 이 두 변수를 유사한 정확도로 예측한다.
• 연구는 광학 복사능이 X선 복사능보다 기본적인 은하단 성질을 더 뛰어나고 신뢰할 수 있는 지표로 작용하며, 특히 SDSS와 같은 대규모 광학 조사의 맥락에서 그러하다고 결론을 내린다.