[论文解读] The Dynamics of Groups and Clusters of Galaxies and Links to Cosmology

G. A. Mamon|ArXiv.org|Nov 21, 1995

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文综述了星系群和星系团的动力学特性，将其结构属性与宇宙学参数相联系。利用光学、X射线和弱引力透镜数据，研究发现其密度分布呈尖锐核心（陡峭至r⁻¹），且存在显著的亚结构，支持较高的宇宙学密度参数（Ω₀ ≳ 0.5），并暗示星系团仍处于动力学年轻阶段，尽管存在持续并合，球对称托普帽模型仍可作为有用的理论框架。

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.

研究动机与目标

• 理解星系群和星系团内部结构与宇宙学参数之间的关联。
• 评估观测到的亚结构和密度分布是否能约束宇宙学密度参数Ω₀的取值。
• 评估球对称托普帽模型在存在持续并合的情况下，对星系团和星系群演化描述的有效性。
• 研究致密星系群中预致密化的作用，作为探测星系团形成历史的探针。
• 综合光学、X射线和弱引力透镜观测数据，推断动力学与宇宙学约束。

提出的方法

• 结合星系表面数密度分布与内部运动学，推断质量密度分布。
• 利用弱引力透镜测量独立约束质量分布，并验证尖锐核心结构的存在。
• 将星系分布和X射线辐射热气体中的观测亚结构与动力学生命周期的理论预期进行比较。
• 应用球对称托普帽坍缩模型，描述星系群和星系团在观测参数空间中的演化轨迹。
• 评估致密星系群相对于基本演化轨迹的位置，以检验预致密化效应的存在。
• 将N体模拟结果（初始条件为无量纲或冷暗物质CDM）与观测到的星系团形态和动力学进行整合，以解释其特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团中的质量密度分布形状如何？其与使用CDM或无量纲初始条件的宇宙学模拟预测相比有何异同？
• RQ2 在星系和热气体中观测到的亚结构在多大程度上表明星系团仍处于动力学年轻状态并处于演化过程中？
• RQ3 尽管存在持续的并合，球对称托普帽模型能否准确描述星系群和星系团的动力学演化？
• RQ4 致密星系群相对于基本演化轨迹的位置，如何约束预致密化的发生？
• RQ5 结合光学、X射线和弱引力透镜数据，对星系团结构的观测能得出哪些宇宙学约束？

主要发现

• 星系团中的质量密度分布呈尖锐核心，内区斜率至少陡峭至r⁻¹，与使用CDM或无量纲初始条件的高分辨率N体模拟预测一致。
• 星系分布和X射线辐射热气体中均存在高水平的亚结构，表明星系团处于动力学年轻状态，支持宇宙学密度参数Ω₀ ≳ 0.5。
• 尽管星系团之间频繁发生并合，球对称托普帽模型仍能合理近似描述星系团和星系群演化的底层物理机制。
• 致密星系群整体相对于基本演化轨迹的位置，为预致密化提供了潜在约束，理论预期表明其并不常见。
• 弱引力透镜观测证实了由光学运动学推断出的陡峭内区质量分布，进一步支持星系团核心为尖锐核心的结论。
• 光学、X射线和透镜观测数据之间的一致性，支持在高Ω₀宇宙学框架下星系团形成与演化的统一图景。