[论文解读] A Study of Catalogued Nearby Galaxy Clusters in the SDSS-DR4. II. Cluster Substructure

J. A. L. Aguerri, Rubén Sánchez-Janssen|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用 27

一句话总结

本研究利用SDSS-DR4中的邻近星系团数据，通过蒙特卡洛模拟校准的Dressler-Shectman检验分析了星系团的亚结构。结果发现，11–33%的星系团在其内区（r < r200）表现出亚结构，外区亚结构比例上升至约55%，且亚结构星系主要属于正在落入或回弹的星系群体，表明星系团的持续层次式增长，且与星系团整体性质无强相关性。

ABSTRACT

According to the current cosmological paradigm, large scale structures form hierarchically in the Universe. Clusters of galaxies grow through a continuous accretion of mass. Nevertheless, the rate and manner of mass accretion events are still matters of debate. We have analysed the presence of substructures in one of the largest sample of nearby cluster galaxies available in the literature. We have determined the fraction of clusters with substructure and the properties of the galaxies located in such substructures. Substructure in the galaxy clusters was studied using the Dressler--Shectman test, which was calibrated through extensive Monte Carlo simulations of galaxy clusters similar to real ones. In order to avoid possible biases in the results due to differing incompleteness among clusters, we selected two galaxy populations: a) galaxies brighter than M$_{r} = $-20 located in clusters at $z &lt; 0.1$ (EC1); and b) galaxies of brightness $M_{r} &lt; -19$ located at $z&lt;0.07$ (EC2). In the inner cluster regions ($r &lt; r_{200}$) 11$\%$ and 33$\%$ of the clusters of EC1 and EC2 respectively show substructure. This fraction is larger in the outer cluster regions ($\approx 55\%$) for EC1 and EC2 samples. Cluster global properties, such as $σ_{c}$, $f_{b}$ or $Δm_{12}$ do not depend on the amount of cluster substructure. We have studied the properties of individual galaxies located in substructures in the EC1 and EC2 galaxy populations. The fraction of galaxies within substructures is larger in the outer cluster regions when fainter galaxies are included. The distribution of relative velocities of galaxies within substructures suggest that they consist of an infalling population mixed with backsplash galaxies. We can not rule out that the infalling galaxy population located in substructures are genuine field ones.

研究动机与目标

• 利用SDSS-DR4中大而定义明确的样本，研究邻近星系团中亚结构的普遍性及其性质。
• 确定亚结构检测结果如何依赖于星系光度和径向星系团区域（内区与外区），避免因完整性差异带来的偏差。
• 分析亚结构内星系的动力学特性，并评估其起源——是正在落入的场星系还是束缚的星系团成员。
• 检验全局星系团性质（如速度 dispersion、质量、集中度）是否与亚结构的存在相关。
• 评估亚结构在星系团形成与星系演化中的作用，特别是与环境对星系性质影响的关系。

提出的方法

• 应用Dressler-Shectman统计检验，检测星系团中星系在投影相空间分布中的亚结构。
• 通过大规模蒙特卡洛模拟合成星系团，与真实星系团性质（如速度 dispersion、大小）匹配，对检验进行校准。
• 定义两个星系样本：EC1（Mr < -20，z < 0.1）和EC2（Mr < -19，z < 0.07），以最小化各星系团中完整性偏差。
• 采用基于与模拟δ分布比较得出的星系团特定δc阈值，以区分处于亚结构中的星系与主星系团成员。
• 对单个星系团数据进行叠加，分析全局δ分布，提升亚结构检测的信噪比。
• 分析亚结构分数与星系性质（如星等、速度）在径向上的依赖关系，以推断星系团的动力学状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SDSS-DR4中，邻近星系团中有多大比例表现出亚结构？该比例如何随距星系团中心的径向距离变化？
• RQ2 亚结构检测率如何依赖于所用星系样本的光度阈值？
• RQ3 处于亚结构中的星系主要是正在落入的场星系还是回弹星系？其速度分布表明了什么？
• RQ4 亚结构的存在是否与全局星系团性质（如速度 dispersion（σc）、质量（fb）、集中度（Δm12））相关？
• RQ5 亚结构群体是否可由正在落入与回弹星系的混合来解释？这对星系团形成与星系演化意味着什么？

主要发现

• 在星系团内区（r < r200），EC1中11%的星系团表现出亚结构，EC2中为33%，表明亚结构检测结果强烈依赖于星系样本的光度阈值。
• 在外区（r > r200），亚结构比例显著上升至EC1和EC2样本的约55%。
• 未发现亚结构存在与全局星系团性质（如速度 dispersion（σc）、质量光度比（fb）、集中度（Δm12））之间存在显著相关性。
• 处于亚结构中的星系主要位于星系团的外区，EC2中该比例高于EC1，且随半径增加而上升。
• 处于亚结构中的星系构成一个混合群体：通过全局δc选择的星系以正在落入的星系为主，而通过星系团特定δc选择的星系则以回弹星系为主。
• 亚结构中正在落入星系的蓝色星系比例与孤立场星系相似，表明正在落入的星系群体可能包含尚未完全并入星系团的真正场星系。