[论文解读] A search for clusters at high redshift - II. A proto cluster around a radio galaxy at z=2.16

L. Pentericci, J. Kurk+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 20

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）光谱观测，证实了在红移 z=2.16 的高红移射电星系 1138–262 周围存在一个巨大且演化的星系原星系团，揭示了在 1.5 Mpc 范围内有 14 个星系和一个类星体，它们被分为两个亚结构，速度 dispersion 分别约为 500 km s⁻¹ 和 300 km s⁻¹，表明总动力学质量超过 10¹⁴ M⊙，支持了早期宇宙中大质量星系团形成的理论。

ABSTRACT

VLT spectroscopic observations of Ly alpha--excess objects in the field of the clumpy radio galaxy 1138-262 at z=2.16 have led to the discovery of 14 galaxies and one QSO at approximately the same distance as the radio galaxy. All galaxies have redshifts in the range 2.16 \pm 0.02, centered around the redshift of the radio galaxy, and are within a projected physical distance of 1.5 Mpc from it. The velocity distribution suggests that there are two galaxy subgroups having velocity dispersions of ~500 km/s and ~300 km/s and a relative velocity of 1800 km/s. If these are virialized structures, the estimated dynamical masses for the subgroups are ~9 and ~3x10E13 solar masses respectively, implying a total mass for the structure of more than 10E14 solar masses. The new observations, together with previous results, suggest that the structure of galaxies around 1138-262 is likely to be a forming cluster.

研究动机与目标

• 调查像 1138–262 这类高红移射电星系是否位于密集环境之中，以判断其是否处于星系团的形成阶段。
• 确定 1138–262 周围 Lyα 发射星系的红移分布与运动学结构，以评估其动力学状态。
• 估算该系统的动力学质量，并评估其演变为准平衡星系团的潜力。

提出的方法

• 在 1138–262 周围 6.8′×6.8′ 的区域内，利用甚大望远镜（VLT）FORS1 多目标光谱仪（MOS）和 600B 棱镜，对 75 个候选 Lyα 发射体进行了深度光谱观测，以获取其红移值。
• 通过 He 和 HgCd 弧光灯进行波长定标，并利用标准星 GD108 进行通量定标，确保定标精度在 0.2 Å 以内。
• 采用 gapper sigma 估计量（Beers 等, 1990）计算各子群的速度 dispersion，以提高小样本情况下的鲁棒性。
• 利用 Landy-Szalay 估计量计算角两阶相关函数，以评估星系相对于射电星系的空间聚集程度。
• 在速度 dispersion 计算中排除类星体，以更准确地隔离星系群的动力学行为。
• 将光谱红移结果与前期的窄带和宽带成像数据（论文 I）相结合，识别出在 1.5 Mpc 范围内红移 ≈2.16 的 15 个星系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移 ≈2.16 附近，射电星系 1138–262 周围是否存在显著的星系过密区，与正在形成的星系团一致？
• RQ2 星系的动力学特性——特别是其速度 dispersion 和空间分布——是否表明存在准平衡的亚结构或正在进行的并合？
• RQ3 该系统的动力学质量是多少？是否超过星系团形成的临界阈值？
• RQ4 星系的空间聚集模式与随机分布相比如何？这对系统的结构有何启示？
• RQ5 是否存在热 X 射线辐射气体和一个大质量中心星系，能否支持该系统为原星系团的观点？

主要发现

• 在红移 2.16 ± 0.02 范围内，光谱确认了 14 个星系和一个类星体，全部位于射电星系 1138–262 的 1.5 Mpc 范围内。
• 速度分布显示两个明显的亚群，其中值红移分别为 2.145 ± 0.002 和 2.164 ± 0.002，相对速度差为 1800 km s⁻¹。
• 使用 gapper sigma 估计量，两个亚群的速度 dispersion 分别估计为 520 ± 140 km s⁻¹ 和 280 ± 70 km s⁻¹。
• 两个亚群的动力学质量分别估计为 ~9 × 10¹³ M⊙ 和 ~3 × 10¹³ M⊙，总质量超过 10¹⁴ M⊙。
• 角两阶相关函数在约 25″ 和 150″ 处显示出显著的聚集，显著性分别达到 99.7% 和 99.8%，表明存在空间聚集。
• 尽管两个亚群之间无显著的空间分离，但亚结构的存在与分层星系团形成模型一致，并在其他高红移星系团中亦有观测到。