[논문 리뷰] Central Matter Distributions in Rich Clusters of Galaxies from z~0 to z~0.5

C. Adami, A. Mazure외 2명|arXiv (Cornell University)|2001. 02. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 18인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 깊은 광학 설문을 통해 z ≈ 0에서 z ≈ 0.5까지의 풍부한 은하단에서 은하의 등급 및 수밀도 프로파일을 분석한다. 밝은 은하(M_R < -21)는 어두운 물질 분포와 일치하는 촉진된 등급 프로파일을 보이며, 어두운 은하는 tidal 분열로 인해 핵형 프로파일을 보인다. 적색편이 변화가 없음을 고려하면, 은하단의 비탈화 스케일(~1.5 Gyr)과 유사한 시간스케일 내에서 빠른 파괴 과정이 존재한다.

ABSTRACT

We have analyzed the galaxy number density and luminosity density profiles of rich clusters of galaxies from redshifts z=0 to z=0.5. We show that the luminosity profile computed with bright galaxies is significantly cusped in the center of the clusters, whatever the redshift. This is in agreement with the dark matter profiles predicted by numerical simulations. The galaxy number density profile for the bright galaxies is fitted equally well with a core model or a cusped model. In contrast, the luminosity and the galaxy number density profiles of the fainter galaxies are significantly better fitted by a core rather than a cusp model. We did not detect any statistically significant different fits when applied to data in range from z=0 to z=0.5. The difference in profile between faint and bright galaxies may be due to the rapid (relative to the age of the universe at z=0 versus z=0.5) destruction of the faint galaxies by tidal forces and merging events in the denser central regions of the clusters. This process could erase the cusp by turning faint galaxies into diffuse light. In this case, the galaxies (with a cusp visible in the bright galaxy number density and mainly in luminosity profiles) would trace the total mass distribution.

연구 동기 및 목표

• z ≈ 0에서 z ≈ 0.5까지의 풍부한 은하단에서 은하 수밀도 및 등급 밀도 프로파일의 진화를 조사하기 위해.
• 우주의 시간에 따라 은하단의 중심 구조(촉진형 대비 핵형)가 다름을 확인하기 위해.
• 밝은 은하와 어두운 은하 간의 관측된 프로파일 차이가 tidal 분열 및 융합과 같은 역학적 과정 때문인지 테스트하기 위해.
• 밝은 은하의 등급 프로파일이 은하단의 총 질량 분포를 추적할 수 있는지 평가하기 위해.
• 분산된 빛이 파괴된 어두운 은하에서 사라진 촉진형을 복원하는 데 어떤 역할을 하는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 동일한 광학적 등급 데이터를 바탕으로 COSMOS 및 POSS에서 확보한 29개의 저적색편도(지 ≤ 0.1) ENACS 은하단을 병합하여 복합 은하단을 구축하였으며, 한계 등급은 bj = 20이었다.
• z ≈ 0.5까지의 분석을 확장하기 위해 COP 및 CNOC 설문에서 유래한 7개의 고적색편도 은하단 샘플을 사용하였다.
• 은하단 타원도를 보정하기 위해 원형화 보정을 적용하여, 투영 프로파일에서 인위적인 촉진형을 방지하였다.
• 은하단의 핵반경 및 r_200에 비례하는 반경 빈을 사용하여 투영된 은하 수밀도 및 등급 밀도 프로파일을 계산하였다.
• 적합도 평가를 위해 핵형(예: β-모델) 및 촉진형(예: NFW 유사 모델) 모델을 모두 적용하였다.
• 적색편이 범주 및 밝은(M_R < -21)과 어두운 은하 간의 비교를 통해 구조적 차이를 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 풍부한 은하단의 중심 은하 등급 및 수밀도 프로파일은 z ≈ 0에서 z ≈ 0.5 사이에서 진화하는가?
• RQ2 왜 밝은 은하의 등급 프로파일은 촉진형을 보이는 반면 어두운 은하의 등급 프로파일은 핵형을 보이는가?
• RQ3 tidal 분열 및 융합이 밝은 은하와 어두운 은하 간의 관측된 프로파일 형태의 차이를 설명할 수 있는가?
• RQ4 어두운 은하의 등급 프로파일이 파괴 과정으로 인해 사라진 촉진형과 일치하는가?
• RQ5 은하단 중심부의 분산된 빛 성분이 파괴된 은하의 등급 프로파일에서 사라진 촉진형을 복원할 수 있는가?

주요 결과

• 모든 적색편이 범주(z ≈ 0에서 z ≈ 0.5)에서 밝은 은하(M_R < -21)의 등급 밀도 프로파일은 중심부에서 뚜렷한 촉진형을 보인다.
• 밝은 은하의 은하 수밀도 프로파일은 핵형 또는 촉진형 모델 모두 동일한 적합도를 보이며, 어느 한쪽에 강한 선호가 없음을 시사한다.
• 어두운 은하의 등급 및 수밀도 프로파일은 촉진형 모델보다 핵형 모델에 더 잘 맞는다.
• z ≈ 0과 z ≈ 0.5 사이에서 프로파일 형태에 통계적으로 유의미한 차이가 관측되지 않아, 이 적색편이 범위 내에서 중심 구조의 진화가 없음을 시사한다.
• 어두운 은하 프로파일에 촉진형이 없는 것은 tidal 분열 및 융합으로 인한 것으로, 이는 어두운 은하가 파괴되고 그 빛이 분산된 성분으로 전환됨을 시사한다.
• Coma 은하단의 관측적 증거(e.g., Bernstein et al. 1995, Gregg & West 1998)는 분산된 빛 프로파일이 촉진형을 복원할 수 있음을 보여주며, 파괴된 어두운 은하의 빛이 총 빛의 중심 피크에 기여함을 지지한다.