[论文解读] Cross identification between X-ray and Optical Clusters of Galaxies in the SDSS DR7 Field

Lei Wang, Xiaohu Yang+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究将ROSAT全源巡天（RASS）中的201个X射线星系团与SDSS DR7区域内的光学星系群进行交叉识别，建立了X射线光度与光学性质（如中心星系恒星质量及特征卫星光度）之间的稳健标定关系。关键发现为：在log L_X中具有约0.67的1-σ散射，且关系无偏，从而可通过晕质量估计差异改进宇宙学约束。

ABSTRACT

We use the ROSAT all sky survey X-ray cluster catalogs and the optical SDSS DR7 galaxy and group catalogs to cross-identify X-ray clusters with their optical counterparts, resulting in a sample of 201 X-ray clusters in the sky coverage of SDSS DR7. We investigate various correlations between the optical and X-ray properties of these X-ray clusters, and find that the following optical properties are correlated with the X-ray luminosity: the central galaxy luminosity, the central galaxy mass, the characteristic group luminosity ($\propto \Lx^{0.43}$), the group stellar mass ($\propto \Lx^{0.46}$), with typical 1-$σ$ scatter of $\sim 0.67$ in $\log \Lx$. Using the observed number distribution of X-ray clusters, we obtain an unbiased scaling relation between the X-ray luminosity, the central galaxy stellar mass and the characteristic satellite stellar mass as ${\log L_X} = -0.26 + 2.90 [\log (M_{\ast, c} + 0.26 M_{ m sat}) -12.0]$ (and in terms of luminosities, as ${\log L_X} = -0.15 + 2.38 [\log (L_{c} + 0.72 L_{ m sat}) -12.0]$). We find that the systematic difference between different halo mass estimations, e.g., using the ranking of characteristic group stellar mass or using the X-ray luminosity scaling relation can be used to constrain cosmology. Comparing the properties of groups of similar stellar mass (or optical luminosities) and redshift that are X-ray luminous or under-luminous, we find that X-ray luminous groups have more faint satellite galaxies and higher red fraction in their satellites. The cross-identified X-ray clusters together with their optical properties are provided in Appendix B.

研究动机与目标

• 将ROSAT全源巡天（RASS）中的X射线星系团与SDSS DR7区域内的光学星系群进行交叉识别。
• 研究X射线光度（L_X）与光学性质（如中心星系光度、恒星质量及星系群特征）之间的相关性。
• 推导X射线光度、中心星系恒星质量与卫星恒星质量之间无偏标定关系，以改进宇宙学推断。
• 探讨在相似质量和红移条件下，X射线明亮与低亮度星系群在星系族群性质（如暗淡卫星数量、红色星系比例）方面的差异。
• 提供一个公开可获取的交叉识别星系团目录，包含其光学与X射线性质，以供未来研究使用。

提出的方法

• 通过空间重合（1角分以内）将ROSAT全源巡天（RASS）中的X射线星系团与SDSS DR7星系群星表中的光学星系群进行交叉识别。
• 利用高分辨率X射线图像（钱德拉、XMM-Newton）和光学数据确认星系团中心，并解决中心星系归属的歧义。
• 应用统计方法推导X射线光度（L_X）与光学性质之间的标定关系，包括中心星系恒星质量（M_*,c）和特征卫星恒星质量（M_sat）。
• 通过拟合观测星系团数量分布，使用关系式 log L_X = -0.26 + 2.90[log(M_*,c + 0.26M_sat) - 12.0] 来最小化偏差。
• 比较具有匹配恒星质量和红移的X射线明亮与低亮度星系群，评估其卫星族群性质的差异。
• 整合多波段数据（X射线、光学、红外）以验证星系团成员资格并校正投影效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 X射线星系团中，X射线光度（L_X）与光学性质（如中心星系光度和恒星质量）之间存在何种相关性？
• RQ2 如何从交叉识别的星系团中推导出X射线光度与光学恒星质量之间稳健且无偏的标定关系？
• RQ3 基于光学光度与X射线光度标定关系估算的晕质量差异，在多大程度上可提供宇宙学约束？
• RQ4 在恒星质量和红移相近的条件下，X射线明亮与低亮度星系群的卫星星系族群（如暗淡星系数量、红色星系比例）有何差异？
• RQ5 在具有复杂X射线形态或偏移X射峰的X射线星系团中，中心星系识别的可靠性如何？

主要发现

• 本研究通过与光学星系群的交叉识别，在SDSS DR7区域内识别出201个X射线星系团，形成一个经过良好校准的多波段分析样本。
• 发现X射线光度（L_X）与光学性质之间存在强相关性：中心星系光度、中心星系恒星质量及特征星系群光度（L ∝ L_X^0.43），log L_X的典型1-σ散射约为0.67。
• 推导出的无偏标定关系为 log L_X = -0.26 + 2.90[log(M_*,c + 0.26M_sat) - 12.0]，其基于光度的版本为 log L_X = -0.15 + 2.38[log(L_c + 0.72L_sat) - 12.0]。
• 基于光学光度与X射线光度标定关系估算的晕质量系统性差异，可用于约束宇宙学模型。
• 在恒星质量和红移相近的条件下，X射线明亮星系群的卫星族群中，暗淡卫星数量更多，且红色星系比例更高，显著高于低亮度星系群。
• 附录B中提供了包含光学与X射线性质的交叉识别星系团样本，可供未来天体物理与宇宙学研究公开使用。