[论文解读] Central Matter Distributions in Rich Clusters of Galaxies from z~0 to z~0.5

C. Adami, A. Mazure+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 18被引用 8

一句话总结

本研究利用深度光学巡天，分析了从 z ≈ 0 到 z ≈ 0.5 的富星系团中星系的光度和数密度分布。研究发现，明亮星系（M_R < -21）表现出与暗物质分布一致的尖锐中心光度分布，而暗淡星系则因潮汐撕裂而呈现核心型分布；缺乏红移演化表明，这些星系的快速破坏过程时间尺度与星系团的弛豫时间（约 15 亿年）相当。

ABSTRACT

We have analyzed the galaxy number density and luminosity density profiles of rich clusters of galaxies from redshifts z=0 to z=0.5. We show that the luminosity profile computed with bright galaxies is significantly cusped in the center of the clusters, whatever the redshift. This is in agreement with the dark matter profiles predicted by numerical simulations. The galaxy number density profile for the bright galaxies is fitted equally well with a core model or a cusped model. In contrast, the luminosity and the galaxy number density profiles of the fainter galaxies are significantly better fitted by a core rather than a cusp model. We did not detect any statistically significant different fits when applied to data in range from z=0 to z=0.5. The difference in profile between faint and bright galaxies may be due to the rapid (relative to the age of the universe at z=0 versus z=0.5) destruction of the faint galaxies by tidal forces and merging events in the denser central regions of the clusters. This process could erase the cusp by turning faint galaxies into diffuse light. In this case, the galaxies (with a cusp visible in the bright galaxy number density and mainly in luminosity profiles) would trace the total mass distribution.

研究动机与目标

• 研究从 z ≈ 0 到 z ≈ 0.5 的富星系团中星系数密度和光度密度分布的演化。
• 确定星系团中心结构（尖锐 vs. 核心）是否随宇宙时间而不同。
• 检验明亮星系与暗淡星系之间观测到的分布差异是否由潮汐撕裂和并合等动力学过程引起。
• 评估明亮星系的光度分布是否能反映星系团中的总质量分布。
• 探讨弥散光在重建被破坏的暗淡星系所擦除的尖锐结构中的作用。

提出的方法

• 利用来自 COSMOS 和 POSS 的同质测光数据，从 29 个低红移（z ≤ 0.1）的 ENACS 星系团构建复合星系团，极限星等为 bj = 20。
• 使用来自 COP 和 CNOC 巡天的 7 个高红移星系团样本，将分析扩展至 z ≈ 0.5。
• 应用圆形化校正以考虑星系团的椭率，防止投影分布中出现人为的尖锐结构。
• 使用按星系团核心半径和 r_200 缩放的径向分箱，计算投影星系数密度和光度密度分布。
• 采用核心模型（如 β-模型）和尖锐模型（如 NFW 类似模型）拟合分布，以评估拟合优度。
• 在不同红移区间和明亮星系（M_R < -21）与暗淡星系之间比较结果，以隔离结构差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 从 z ≈ 0 到 z ≈ 0.5，富星系团中中心星系的光度和数密度分布是否演化？
• RQ2 为何明亮星系的光度分布呈尖锐结构，而暗淡星系的分布呈核心结构？
• RQ3 潮汐撕裂和并合能否解释明亮星系与暗淡星系之间观测到的分布形状差异？
• RQ4 暗淡星系的光度分布是否与因破坏过程而被擦除的尖锐结构一致？
• RQ5 星系团核心中的弥散光成分能否恢复因星系破坏而从星系数光度分布中消失的尖锐结构？

主要发现

• 在所有从 z ≈ 0 到 z ≈ 0.5 的红移范围内，明亮星系（M_R < -21）的光度密度分布均显著呈现尖锐中心结构。
• 明亮星系的星系数密度分布用核心模型或尖锐模型拟合效果相当，表明对任一模型均无明显偏好。
• 暗淡星系的光度和数密度分布用核心模型拟合效果显著优于尖锐模型。
• 在 z ≈ 0 和 z ≈ 0.5 之间未检测到显著的分布形状差异，表明在此红移范围内中心结构无演化。
• 暗淡星系分布中缺乏尖锐结构与潮汐撕裂和并合一致，这些过程会破坏暗淡星系并将其光转化为弥散成分。
• 来自室女座星系团（如 Bernstein et al. 1995, Gregg & West 1998）的观测证据表明，弥散光分布可恢复尖锐结构，支持被破坏的暗淡星系的光贡献于总光的中心峰值。