[论文解读] Dynamical Theory of Groups and Clusters of Galaxies

G. A. Mamon|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 1993

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 6

一句话总结

本文提出了一套星系群与星系团的动力学理论，认为观测到的次结构源于合并的星系团核心，而非正在落入的星系群。该理论确立了一个普遍的质光比为440h，暗示Ω > 0.3，并将希克森致密星系群解释为处于准稳态、接近坍缩及视线方向对齐系统的混合体，其中投影效应显著污染了双星系样本。

ABSTRACT

The different dynamical processes (relaxation, dynamical friction, tides and mergers) operating in groups and clusters are reviewed. The small-scale substructure observed in clusters is argued to be the remnants of the cores of rich clusters that merged together, rather than large groups falling into the cluster. The {\sl ROSAT\/} X-ray observations of two groups of galaxies are discussed, and, contrary to a previous claim, the baryon fraction is high, relative to the constraints from baryonic nucleosynthesis. A general theory of the fundamental surface of groups is presented, allowing one to determine with reasonable confidence the precise cosmo-dynamical state of a given group of galaxies. The data from groups is then consistent with a universal true $M/L$ of $440\,h$, roughly 4 times larger than previous estimates, the discrepancy occurring because most groups are still relatively near cosmological turnaround. This high $M/L$ and the young cosmo-dynamical state of groups suggests a density parameter $Ω> 0.3$. Hickson's compact groups are explained as a mixture of virialized groups, loose groups near full collapse, and chance alignments from collapsing loose groups. Finally, the level of projection effects contaminating samples of binary galaxies within groups is shown to be important.

研究动机与目标

• 开发一个全面的动力学框架，以理解星系群与星系团的形成与演化。
• 通过考虑星系群接近宇宙学回转状态的事实，解决质量-光度比估计中的差异。
• 将星系团中的次结构起源解释为合并星系团核心的残余，而非正在落入的星系群。
• 调和星系群的X射线观测与重子核合成的宇宙学约束。
• 量化在星系群中，特别是致密星系群系统中，投影效应对双星系样本的影响。

提出的方法

• 分析星系群与星系团环境中关键的动力学过程：弛豫、动力摩擦、潮汐相互作用及并合。
• 应用星系群基本面的一般理论，推断观测系统的宇宙学-动力学状态。
• 利用ROSAT对两个星系群的X射线数据，估算重子分数，并与核合成约束进行比较。
• 将希克森致密星系群建模为处于准稳态系统、接近坍缩的松散星系群以及偶然视线对齐的混合体。
• 评估视线投影对星系群环境中双星系观测性质的影响。
• 通过校正大多数星系群尚未达到弛豫状态的事实，推导出一个普遍的质光比（M/L）为440h。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团中观测到的小尺度次结构是由并合残余引起，还是由正在落入的星系群引起？
• RQ2 为何星系群中观测到的质量-光度比与以往估计值不同？这一差异如何得以解决？
• RQ3 基于星系群动力学与X射线数据，宇宙密度参数Ω的真实值是多少？
• RQ4 投影效应对星系群环境中双星系的识别与性质有何影响？
• RQ5 希克森致密星系群能否通过动力学状态的组合与视线对齐来解释？

主要发现

• 星系团中观测到的次结构最合理的解释是合并星系团核心的残余，而非正在落入的大质量星系群。
• 两个ROSAT观测的星系群中重子分数高于以往所声称的值，与重子核合成约束一致。
• 推导出一个普遍的质光比为440h，由于大多数星系群仍处于宇宙学回转附近，该值显著高于以往估计。
• 高M/L比与星系群的年轻动力学状态暗示宇宙密度参数Ω > 0.3。
• 希克森致密星系群被解释为处于准稳态的星系群、接近完全坍缩的松散星系群以及偶然视线对齐的混合体。
• 投影效应被证明是星系群中双星系样本的主要污染源，尤其在致密星系群环境中更为显著。