[論文レビュー] ROSAT/HRI and ASCA observations of the most luminous X-ray cluster RXJ1347.5-1145

S. Schindler, M. Hattori+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、z=0.451における超高光度銀河団RXJ1347.5-1145のROSAT/HRIおよびASCA X線観測を報告し、L_X(bol) = 2×10^46 erg/sという値を示して、これがこれまでに知られている中で最もX線で明るい銀河団であることを確認した。高温（9.3 keV）、鉄の過剰度が高め（0.33太陽単位）、形式的に極端な冷却フロー率（3000 M☉/yrを超える）を示しており、遠方で緩和された銀河団系において、観測された中で最も強い冷却フローの一つである可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report on the X-ray properties of the exceptional X-ray cluster RXJ1347.5-1145 at z=0.451. We confirm that it is with a luminosity $L_X(bol)=2 imes 10^{46}$ erg/s the most luminous X-ray cluster discovered to date. The mass of the cluster within 1.7 Mpc is $9.8%\pm1.1 imes 10^{14} \msol$. A comparison of the central X-ray mass and the mass determined from a simple gravitational lens model shows a discrepancy of a factor of 2-3 with the X-ray mass being smaller. The temperature of the cluster is $9.3^{+1.1}_{-1.0}$~keV. We detect a strong FeK line corresponding to a metallicity of $0.33\pm0.10$ in solar units, which is an unexpectedly high value for a distant and hot cluster. There are several hints that the cluster contains an extremely strong cooling flow. With the usual assumptions we derive formally a mass accretion rate of more than 3000 $\msol$/yr indicating that this may be the largest cooling flow detected so far. To find these extreme properties in this distant cluster which can be taken as an indication of a well relaxed and old system is of high importance for the theory of formation and evolution of clusters.

研究の動機と目的

• 当時、最も明るいX線銀河団として知られていたRXJ1347.5-1145のX線的性質を特徴づけること。
• 多波長X線データを用いて、銀河団の温度、金属量、質量分布を特定すること。
• この遠方で高赤方偏移を示す銀河団に冷却フローが存在し、その強さを調査すること。
• X線質量推定値と重力レンズ効果から得られる質量測定値を比較し、動的整合性を評価すること。
• これらの極端な性質が、巨大銀河団の形成および進化に与える意味を評価すること。

提案手法

• X線表面輝度および温度構造をマッピングするために、ROSAT High Resolution Imager (HRI) からの高分解能画像データの分析。
• ASCAデータのスペクトルフィッティングにより、熱的X線放射を測定し、金属量の決定にFe K-α線を用いる。
• 流体平衡モデルを用いて、X線温度および密度プロファイルから1.7 Mpc内での全質量を推定。
• X線から得られた質量と重力レンズ効果から推定される質量を比較し、乖離を検出。
• 標準的な冷却フローモデルを適用し、スペクトル線放出および表面輝度プロファイルから質量降着率を推定。
• 赤方偏移z=0.451を用いて、光度および質量計算における宇宙論的効果を補正。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RXJ1347.5-1145のX線光度、温度、金属量は何か？ 他の既知の銀河団と比較するとどうなるか？
• RQ2 この遠方で巨大な銀河団に冷却フローの証拠があるか？ もしあるなら、その強さはどの程度か？
• RQ3 なぜX線からの質量推定値が重力レンズ効果からの推定値よりも顕著に低く、これは銀河団の力学にどのような意味を持つのか？
• RQ4 高赤方偏移で高温の銀河団に0.33太陽単位という高い鉄の過剰度があることは、銀河団の元素豊度形成に関する現在のモデルにどのような挑戦をもたらすか？
• RQ5 3000 M☉/yrを超える冷却フロー率の検出が、巨大銀河団の進化に与える意味は何か？

主な発見

• RXJ1347.5-1145は、全波長光度が2×10^46 erg/sであるとして、これまでに知られている中で最もX線で明るい銀河団であることが確認された。
• 9.3^{+1.1}_{-1.0} keVの高温を示し、質量が大きく、高温の銀河団間物質を有していることが整合的である。
• 強力なFe K-α線は、太陽単位で0.33±0.10の金属量を示しており、遠方で高温の銀河団としては異常に高い。
• 1.7 Mpc内でのX線質量は9.8±1.1×10^14 M☉であるが、これは重力レンズ効果から推定される質量の2〜3倍も低い。
• 形式的なモデリングにより、冷却フローの質量降着率が3000 M☉/yrを超えると示唆され、観測された中で最も強い冷却フローの一つである可能性がある。
• 極端な光度、高い金属量、強い冷却フローを併せ持つ、緩和された高赤方偏移銀河団は、現在の銀河団形成および進化理論に大きな挑戦をもたらしている。