[논문 리뷰] RASS-SDSS Galaxy Cluster Survey. V. The X-ray-Underluminous Abell Clusters

P. Popesso, A. Biviano외 2명|ArXiv.org|2006. 06. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 87인용 수 54

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-ROSAT 조사에서 X선이 어두운 아벨 클러스터(AXU)를 조사하여, 137개의 스펙트로스코피적으로 확인된 클러스터 중 40%가 속도 분산 질량에 비해 X선으로서 어두운 것으로 밝혀졌다. AXU 클러스터는 중심에 집중된 은하 속도 분포, 더 높은 외부 파란 은하 비율, 중심 은하 수의 결핍을 보이며, 이는 질량의 계속된 유입 또는 유입 중인 가스로 인해 발생하는 것으로, 높은 질량임에도 불구하고 낮은 X선 광도를 나타낸다.

ABSTRACT

In this paper we consider a large sample of optically selected clusters, in order to elucidate the physical reasons for the existence of X-ray underluminous clusters. For this purpose we analyze the correlations of the X-ray and optical properties of a sample of 137 spectroscopically confirmed Abell clusters in the SDSS database. We search for the X-ray counterpart of each cluster in the ROSAT All Sky Survey. We find that 40% of our clusters have a marginal X-ray detection or remain undetected in X-rays. These clusters appear too X-ray faint on average for their velocity dispersion determined mass, i.e. they do not follow the scaling relation between X-ray luminosity and virial mass traced by the other clusters. On the other hand, they do follow the general scaling relation between optical luminosity and virial mass. We refer to these clusters as the X-ray-Underluminous Abell clusters (AXU clusters, for short) and designate as 'normal' the X-ray detected Abell systems. We examine the distributions and properties of the galaxy populations of the normal and the AXU clusters, separately. The AXU clusters are characterized by leptokurtic (more centrally concentrated than a Gaussian) velocity distribution of their member galaxies in the outskirts ($1.5 < r/r_{200} \leq 3.5$), as expected for the systems in accretion. In addition, the AXU clusters have a higher fraction of blue galaxies in the external region and show a marginally significant paucity of galaxies at the center. Our results seem to support the interpretation that the AXU clusters are systems in formation undergoing a phase of mass accretion. Their low X-ray luminosity should be due to the still accreting Intracluster gas or to an ongoing merging process.

연구 동기 및 목표

• 광학적으로 선택된 샘플에서 X선이 어두운 은하 클러스터(AXU 클러스터)의 물리적 원인을 이해하는 것.
• 속도 분산을 통한 광학적 질량 추정치와 X선 광도 사이의 괴리 원인을 분석하는 것.
• AXU 클러스터와 X선으로 감지된(정상적인) 아벨 클러스터 간의 구조적 및 역학적 성질을 비교하는 것.
• AXU 클러스터가 질량 유입 또는 융합 과정이 진행 중인 형성 단계에 있는지 테스트하는 것.
• X선이 어두운 현상이 천체론적 클러스터 조사 및 선택 기능 편향에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• SDSS에서 스펙트로스코피적으로 확인된 137개의 아벨 클러스터를 ROSAT 전체천구조사(RASS)와 교차 식별하여 X선 대응체를 탐지.
• X선 광도를 측정하고 은하 속도 분산을 통한 위르발 질량 추정치와 비교.
• 반경 1.5 < r/r200 ≤ 3.5 범위의 반경별로 은하 속도 분포를 분석하여 역학 상태 및 부구조를 평가.
• u-i 대비 i 색상-등급도에서 색상에 따라 은하를 파랑/빨강 순열로 분류하여 별 형성과 오염을 연구.
• 모든 클러스터 구성원과 빨강 순열 구성원만을 사용하여 질량-광도 비율을 계산하여 간섭자 오염을 테스트.
• 은하 선형 속도 분산 기반의 위르발 질량 추정기를 사용하여 X선 데이터에 의존하지 않고도 클러스터 질량을 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학적으로 선택된 아벨 클러스터 중 40%가 속도 분산으로 유추된 질량에 비해 왜 X선으로 어두운가?
• RQ2 AXU 클러스터는 질량 유입 또는 융합의 역학적 징후를 보이는가?
• RQ3 AXU 클러스터의 은하 집단 성질(색상, 공간 분포, 속도 분산)은 정상적인 X선 감지 클러스터와 어떻게 다른가?
• RQ4 AXU 클러스터에서 낮은 X선 광도의 원인은 유입 중이거나 열화되지 않은 은하간 가스 때문이거나, 투영 효과나 오염 때문인가?
• RQ5 광학 및 X선 조사의 선택 효과가 천체론적 클러스터 질량 함수 측정에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• SDSS 샘플의 스펙트로스코피적으로 확인된 137개의 아벨 클러스터 중 40%는 ROSAT 전체천구조사에서 약간의 또는 전혀 X선 탐지가 되지 않아 X선이 어두운(AXU 클러스터) 것으로 분류된다.
• AXU 클러스터는 1.5–3.5 r200 반경 범위에서 레프토크르틱(비대칭) 속도 분포를 보이며, 이는 지속적인 질량 유입과 일치하는 중심 집중을 나타낸다.
• AXU 클러스터는 중심 영역에서 은하의 약간의 결핍과 외곽 영역에서 더 높은 비율의 파랑 은하를 보이며, 이는 지속적인 유입과 최근의 별 형성 활동을 시사한다.
• AXU 클러스터의 i-대역 질량-광도 비율은 110 ± 10 M☉/L☉이며, 정상적인 아벨 클러스터(150 ± 10 M☉/L☉)보다 낮아, 동일 질량에서 더 높은 질량-광도 비율 또는 낮은 광도를 의미한다.
• 모든 구성원이 아닌 빨강 순열 구성원만을 사용하여 계산한 위르발 질량은 모든 구성원의 결과와 일치하여 간섭자의 오염이 낮고 질량 추정이 신뢰할 수 있음을 나타낸다.
• 결과는 AXU 클러스터가 유입 중인 가스 또는 지속적인 융합으로 인해 형성 단계에 있으며, 중심 가스 밀도와 온도가 낮아 X선 광도가 억제된다는 해석을 지지한다.