[논문 리뷰] The XMM-LSS Survey. First high redshift galaxy clusters: relaxed and collapsing systems

I. Valtchanov, M. Pierre외 12명|arXiv (Cornell University)|2003. 05. 12.

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한 줄 요약

이 논문은 XMM-LSS 설문 조사에서 적색이동 z > 0.6인 다섯 개인 새로운 은하단을 X선 탐지 및 다중 파장 후속 관측을 통해 식별하였다. 세 은하단은 저적색이동 스케일링 관계와 일치하는 속도 분산과 X선 투과도를 보이며, XLSSC 005는 약 z ≈ 1에서 이중 은하단 복합체일 가능성이 있으며, XMM-Newton과 VLT 분광학적 관측을 통해 고적색이동 우주에서 중간 질량 은하단을 탐지하는 설문 조사의 능력을 입증한다.

ABSTRACT

We present five newly found galaxy clusters at z>0.6 from the XMM Large-Scale Structure Survey (XMM-LSS). All five objects are extended X-ray sources in the XMM images. For three of them we have sufficient spectroscopically confirmed member galaxies that an estimate of the velocity dispersion is possible: XLSSC 001 at z=0.613 and σ_V=867^{+80}_{-60} km/s, XLSSC 002 at z=0.772 and σ_V=524^{+267}_{-116} km/s and XLSSC 003 at z=0.839 and σ_V=780^{+137}_{-75} km/s. These three clusters have X-ray bolometric luminosities L_X \sim 1-3 imes 10^{44} erg/s and temperatures 2-4 keV, and consequently are less massive than previously known clusters at similar redshifts, but nevertheless they follow the low redshift scaling relations between L_X, T and σ_V, within the limits of the measurement errors. One of the clusters, XLSSC 004, is detected independently as an overdensity of galaxies of a colour R-z'=1.4 that matches the redshift of the central galaxy z=0.87, although it cannot unambiguously be confirmed by the spectroscopic observations alone. The highest redshift candidate cluster pertaining to this paper, XLSSC 005, is most likely a double cluster complex at a redshift around unity, associated with an extended X-ray source with probable substructure.

연구 동기 및 목표

• XMM-LSS 설문 조사에서 X선 및 천체망원경 데이터를 사용하여 고적색이동 은하단을 탐지하고 특성화하기.
• 이전 설문 조사의 한계를 극복하기 위해 X선 광자 통계 및 공간 해상도가 중요한 z > 0.5에서 중간 질량 은하단을 식별하기.
• XMM-Newton와 VLT가 먼 은하단의 효율적인 분광학적 확인에 적합한지 평가하기.
• 특히 질량 함수 피크 이하의 시스템을 포함하여 0.5 < z < 1 적색이동 범위로 은하단 데이터베이스를 확장하기.
• 중간 적색이동에서 은하단 스케일링 관계의 진화 및 간성은하간 매질의 물리학을 탐구하기.

제안 방법

• 좋은 공간 해상도와 스펙트럼 해상도를 갖춘 XMM-Newton 관측을 통해 확산된 소스를 식별하기 위해 X선 소스 탐지.
• CFHT 및 CTIO 이미징을 사용한 다중 파장 후속 관측으로 R-z’ 및 K밴드 색상에서 광학 과밀도 탐지.
• ESO VLT를 사용한 분광학적 적색이동 측정을 통해 은하단 소속성 확인 및 속도 분산 추정.
• XMM-Newton 데이터에서 볼로메트릭 투과도(L_X) 및 온도(T_X)를 유도하기 위해 X선 스펙트럼 피팅.
• 광학적 적색이동 추정 및 색상-등급 분석을 통해 은하단 후보 식별 및 부구조 평가.
• X선 등고선도와 광학 오버레이를 사용하여 형태학적 부구조 및 잠재적 필라멘터리 연결성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XMM-Newton와 VLT 분광학적 관측을 통해 대규모 설문 조사에서 고적색이동 은하단(z > 0.6)을 효율적으로 탐지하고 확인할 수 있는가?
• RQ2 z > 0.6에서 새로 발견된 은하단이 측정 불확도 내에서 저적색이동 L_X–T_X 및 L_X–σ_V 스케일링 관계를 따르는가?
• RQ3 가장 먼 후보자인 XLSSC 005의 성격은 무엇이며, 그 X선 형상 및 광학 과밀도는 이중 은하단 또는 필라멘터리 구조를 지지하는가?
• RQ4 이러한 은하단의 X선 성질(L_X, T_X)과 역학적 질량은 유사 적색이동에서 이전에 알려진 은하단과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 분광학적 확인이 제한된 상황에서 R-z’ 색상 공간의 광학적 과밀도는 얼마나 효과적으로 은하단 후보를 식별하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• z > 0.6에서 X선으로 선택된 다섯 개의 새로운 은하단이 발견되었으며, 세 개(XLSSC 001, 002, 003)는 분광학적으로 확인된 속도 분산을 보였다: σ_V = 867⁺⁸⁰₋₆₀ km s⁻¹ (z=0.613), 524⁺²⁶⁷₋₁₁⁶ km s⁻¹ (z=0.772), 및 780⁺¹³⁷₋₇⁵ km s⁻¹ (z=0.839).
• 확인된 세 은하단은 X선 볼로메트릭 투과도 L_X ≈ 1–3 × 10⁴⁴ erg s⁻¹ 및 온도 T_X ≈ 2–4 keV를 보이며, 중간 질량 시스템임을 나타낸다.
• 이전에 알려진 유사 적색이동 은하단보다 낮은 질량임에도 불구하고, 측정 불확도 내에서 저적색이동 L_X–T_X 및 L_X–σ_V 스케일링 관계를 따르고 있다.
• XLSSC 004는 R–z’ = 1.4 색상에서 광학적 과밀도로 탐지되었으며 중심 은하의 적색이동이 z ≈ 0.9로 추정되나, 분광학적 확인은 모호하다.
• XLSSC 005는 z ≈ 1의 고적색이동 후보로, 부분적으로 구조가 있는 확산 X선 방출과 R–z’ 및 K밴드 색상에서의 은하 과밀도를 보이며, 이는 이중 은하단 복합체 또는 필라멘터리 구조를 시사한다.
• XMM-LSS 설문 조사는 감도 및 PSF 제한으로 이전에 ROSAT가 접근하지 못했던 0.5 < z < 1 범위에서 중간 질량 은하단의 상당수를 성공적으로 식별하여 질량 함수의 빈 공간을 메웠다.