[논문 리뷰] The Shapley super-cluster. New X-ray detections and mass distribution

E. De Filippis, S. Schindler외 1명|ArXiv.org|2005. 08. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 57인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 ROSAT 및 ESO 자료를 이용해 셰플리 초군집에 대한 깊이 있는 X선 조사 결과를 제시한다. 이 조사에서는 기존에 알려지지 않은 35개의 X선 군집 후보를 탐지하였으며, 그 중 21개는 이미 광학적으로 알려진 바가 있었다. 이는 높은 과밀도를 띠며 평탄하고 필라멘터리한 구조를 띠는 영역임을 드러낸다. 주요 발견은 기존 추정치보다 한 계급 이상 높은 군집 밀도를 보이며, 이는 다수의 희미하고 저광도 군집이 존재하기 때문이며, 이는 총 질량 추정치를 크게 높이고 초군집 외곽에서의 지속적인 물질 유입을 시사한다.

ABSTRACT

The largest and the deepest super-structure known today is the Shapley super-cluster. This is the sky area with the highest over-density of galaxy clusters and therefore also an ideal region to test the effects of a high density environment on galaxies and on clusters. We performed an X-ray survey of a wide region surrounding the Shapley super-structure. Additionally to previously known super-cluster X-ray members, we identified diffuse X-ray emission from 35 cluster candidates without previous X-ray detection. 21 of them were previously known, optically selected super-cluster members, while the other candidates had not been previously detected in any wavelength range. Optical follow-up observations revealed that at least four of these new candidates also have optical cluster counterparts. The super-cluster shows a slightly flattened and elongated morphology. Clusters outside the central dense core are preferentially located in four perpendicular filaments in a similar way to what is seen in simulations of Large Scale Structure. We measure the cluster number density in the region to be more than one order of magnitude higher than the mean density of rich Abell clusters previously observed at similar Galactic latitudes; this over-density, in the super-cluster outskirts, is mainly due to an excess of low X-ray luminous clusters (with respect to an average population), which leads us to think that the whole region is still accreting low luminosity, small objects from the outskirts. Pushing our total X-ray mass estimate to fainter clusters would drastically increase the total super-cluster mass measure, because of the presence of the rich X-ray low luminosity population.

연구 동기 및 목표

• 넓은 천체 영역을 저감도 감도로 조사하여 이전에 놓친 군집 성원을 탐지할 수 있도록 셰플리 초군집에 대한 종합적인 X선 조사를 수행한다.
• 이전 조사에서 감지되지 않은 희미한 X선 소스를 식별함으로써, 특히 외곽부에서의 군집 과밀도의 진정한 범위를 평가한다.
• 기존에 감도 한계로 인해 제외되었던 저광도 군집을 포함시켜 질량 추정치를 향상시킨다.
• 탐지된 군집의 공간 분포와 광도 함수를 분석함으로써 초군집의 형태와 역학 상태를 조사한다.
• 특히 비비어알리아된 영역에서 저광도 군집이 초군집의 총 질량 예산에 얼마나 기여하는지 규명한다.

제안 방법

• 셰플리 초군집 주변의 넓은 하늘 영역을 조사하기 위해 ROSAT 공개 데이터 아카이브와 ESO 라 실라 천체망원경 관측 자료를 활용한다.
• 사전에 소스의 형태나 위치를 가정하지 않는 모델 독립적 탐지 알고리즘을 적용하여 확장된 X선 구조를 식별한다.
• 실제 군집 후보와 비군집 X선 소스(예: 활성 은하핵, 배경 소스)를 구분하기 위해 보조 선택 기준을 도입한다.
• 이중 단계 분석을 수행한다: 첫 번째로 감도 임계값 이상의 확장된 소스를 탐지하고, 두 번째로 감도 한계를 낮춰 이전에 탐지되지 않은 더 희미한 군집을 복구한다.
• X선 후보에 대해 광학적 후속 관측을 수행하여 군집의 대응체를 확인하고 적색편이 및 형태를 평가한다.
• 누적 질량 프로파일을 구성하고 X선 광도 함수를 분석하여 균일한 천체역학 모델의 예측과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 더 깊은 X선 감도로 조사했을 때, 셰플리 초군집의 외곽부를 포함한 영역에서 군집 과밀도의 진정한 범위는 무엇인가?
• RQ2 셰플리 초군집의 X선 광도 함수와 군집의 공간 분포는 덜 밀도가 높은 환경과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 희미하고 저광도인 X선 군집이 초군집의 총 질량 예산에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 셰플리 초군집은 비어랄리아된 상태인가, 아니면 여전히 주변에서 물질을 유입하고 있는가?
• RQ5 필라멘터리한 구조는 초군집의 대규모 형태에 어떤 역할을 하는가? 그리고 이는 시뮬레이션된 대규모 구조와 어떻게 관련이 있는가?

주요 결과

• 조사에서는 35개의 새로운 X선 군집 후보를 탐지하였으며, 그 중 21개는 이전에 광학적 조사에서 알려져 있었고, 최소 4개의 새로운 후보는 확정된 광학적 대응체를 보였다.
• 셰플리 영역의 군집 밀도는 이전 광학적 추정치보다 한 계급 이상 높으며, 주로 저X선 광도 군집의 초과로 인한 것이다.
• 초군집은 약간의 평탄함과 기울어진 형태를 보이며, 군집들이 네 개의 상호 수직인 필라멘터리한 구조에 따라 선호적으로 정렬되어 있으며, 이는 대규모 구조 시뮬레이션과 일치한다.
• 희미하고 저광도 군집의 포함으로 인해 X선 질량 추정치는 이전 값보다 크게 높아졌으며, 더 희미한 군집을 고려할 경우 총 질량이 상당히 증가한다.
• 셰플리 초군집의 중심 핵심부는 아직 비어랄리아되지 않았다. 관측된 X선 질량이 약간 낮은 비어랄리아 질량 추정치를 보이며, 지속적인 중력 수축이 일어나고 있음을 시사한다.
• 결과적으로 이전 X선 조사에서는 감도 한계가 높아 초군집의 질량과 과밀도를 과소평가했으며, 이는 천체역학적 추론에 체계적인 편향을 초래했다.