[论文解读] A pan-chromatic view of the galaxy cluster XMMU J1230.3+1339 at z=0.975 - Observing the assembly of a massive system

R. Fassbender, H. Böhringer+17 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 110被引用 18

一句话总结

本研究对红移 z=0.975 的高红移星系团 XMMU J1230.3+1339 进行了多波长分析，结合 X 射线、光学、弱引力透镜和射电数据，以表征其质量、结构及正在进行的并合过程。该星系团总质量约为 M₂₀₀ ≈ 4.19 × 10¹⁴ M☉，具有复杂的并合历史，中心存在一个类似“子弹”的星系群，并显示出多个正在落入的星系群和丝状结构的证据，表明其正处于 z ~1 时形成类似室女座星系团系统的前体阶段。

ABSTRACT

We present a comprehensive galaxy cluster study of XMMU J1230.3+1339 based on a joint analysis of X-ray data, optical imaging and spectroscopy observations, weak lensing results, and radio properties for achieving a detailed multi-component view of this newly discovered system at z=0.975. We find an optically very rich and massive system with M200$\simeq$(4.2$\pm$0.8)$ imes$10^14 M$\sun$, Tx$\simeq$5.3(+0.7--0.6)keV, and Lx$\simeq$(6.5$\pm$0.7)$ imes$10^44 erg/s, for which various widely used mass proxies are measured and compared. We have identified multiple cluster-related components including a central fly-through group close to core passage with associated marginally extended 1.4GHz radio emission possibly originating from the turbulent wake region of the merging event. On the cluster outskirts we see evidence for an on-axis infalling group with a second Brightest Cluster Galaxy (BCG) and indications for an additional off-axis group accretion event. We trace two galaxy filaments beyond the nominal cluster radius and provide a tentative reconstruction of the 3D-accretion geometry of the system. In terms of total mass, ICM structure, optical richness, and the presence of two dominant BCG-type galaxies, the newly confirmed cluster XMMU J1230.3+1339 is likely the progenitor of a system very similar to the local Coma cluster, differing by 7.6 Gyr of structure evolution.

研究动机与目标

• 表征新发现的 X 射线选中的高红移星系团 XMMU J1230.3+1339 在 z=0.975 处的多波长特性，以理解其形成与演化过程。
• 测量并比较多种质量代理（X 射线、弱引力透镜、光学）以获得稳健的总质量估计。
• 识别并追踪与星系团相关的组分，包括并合星系群、正在落入的结构以及大尺度丝状结构，跨越不同的红移和空间尺度。
• 探究中心并合湍流尾部区域中扩展的 1.4 GHz 射电辐射的物理起源。
• 利用红移和空间数据重建星系团环境的三维吸积几何结构。

提出的方法

• 结合来自 XMM-Newton 和 Chandra 的 X 射线数据，以及来自欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）和大双子座望远镜（LBT）的光学成像与光谱数据。
• 应用弱引力透镜分析以获得独立于动力学假设的质量估计。
• 利用多波段测光和光谱红移识别星系群、丝状结构及最亮团星系（BCG）。
• 分析来自 VLA FIRST 巡天的 1.4 GHz 射电数据，以检测并表征星系团尾部区域的扩展射电辐射。
• 采用 13 个质量代理的联合似然分析，以获得具有不确定度的共识总质量估计。
• 通过将红移识别的组分与主星系团晕连接，实现吸积几何结构的三维重建。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移星系团 XMMU J1230.3+1339 的总质量是多少？不同质量代理的估计结果如何比较？
• RQ2 在星系团中心区域检测到的边缘扩展的 1.4 GHz 射电辐射的起源及其物理意义是什么？
• RQ3 观测到的次结构（如中心并合星系群和正在落入的星系群）如何贡献于星系团的三维吸积几何结构？
• RQ4 该星系团的结构与质量分布在多大程度上类似于本地室女座星系团？这对理解其演化路径有何启示？
• RQ5 观测到的光学富度和 X 射线性质是否与 z=0.975 处一个质量巨大、已达到准平衡状态的系统一致？

主要发现

• 通过四种可靠质量代理的联合分析，得出星系团总质量为 M₂₀₀ ≈ 4.19 × 10¹⁴ M☉，不确定度为 19%。
• X 射线温度为 T_X,2500 ≈ 5.3⁺⁰.⁷₋₀.⁶ keV，球面积分 X 射线光度为 L_X,500 ≈ (6.5 ± 0.7) × 10⁴⁴ erg s⁻¹，表明其星系际介质极为明亮且高温。
• 通过楔形 X 射线表面亮度特征、非中心的密度与光度峰值、蓝移的红移以及弱引力透镜质量图中的拉长结构，识别出一个中心‘子弹’状星系群。
• 在中心并合的尾部区域检测到边缘扩展的 1.4 GHz 射电辐射，可能与湍流粒子加速或射电喷流有关，且与低红移射电晕的标度关系一致。
• 在 R₅₀₀ 之外识别出两个正在落入的星系群，其中一个为轴向结构并带有次级 BCG，且发现两个星系丝状结构延伸至名义星系团半径之外的证据。
• 星系团的结构与质量分布表明其为一个室女座型系统的前体，预计在约 7.6 Gyr 的演化后，其星系际介质结构、光学富度及双 BCG 形貌将表现出相似特征。