[论文解读] Morphology of the Virgo Cluster: Gas versus Galaxies

S. Schindler, B. Binggeli+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究利用ROSAT X射线数据和Virgo星系团星表，比较了Virgo星系团中星系与星系际气体的空间分布。通过一种新的统计分解方法，识别出三个主要亚结构（M87、M49、M86），发现星系团中心区域的气体密度分布比星系分布更陡峭，并揭示在M87中气体贡献的质量约为星系质量的三倍，而在M49中仅占1%–14%，质量与光度比接近500 M☉/L☉。

ABSTRACT

We draw a quantitative comparison of the distribution of the galaxies and the intra-cluster gas in the Virgo cluster by extending the morphological analysis by Binggeli et al. (1987) to the intra-cluster gas. We use the Virgo Cluster Catalog in combination with data from the ROSAT All-Sky Survey. The galaxy distribution and the gas distribution are relatively similar. In both wavebands the irregular structure of Virgo can be decomposed into three major subclusters centred on M87, M49, and M86. A new statistical method of subcluster decomposition is applied. Radial galaxy and X-ray density profiles of the three subclusters are fitted with beta-models, allowing analytic deprojection. Comparison of these profiles reveals, that there is no general luminosity segregation. The gas density profile is steeper than the galaxy density profile in the inner part, while this trend is reversed in the outer part. A comparison among the subclusters shows the poorer the subcluster the steeper its radial profile, i.e. the more compact it is, both in the optical and the X-rays. The subcluster profiles for different Hubble types confirm the well-known result that the distribution of the late-type galaxies is more extended than the early types. Differential and integrated mass density profiles of the different components in the M87 and M49 subclusters are presented. The total, gravitating mass is inferred from the distribution of the X-ray gas. In the M87 subcluster the gas mass is about three times the mass in galaxies, while it accounts only for 8% to 14% of the total mass at 0.4 and 1 Mpc, respectively. In the M49 subcluster there is more mass in the galaxies than in the gas and the gas-to-total mass fraction is only 1%, which is unusually low for a cluster. The mass-to-light ratios show relatively constant values around 500Msol/Lsol.

研究动机与目标

• 定量比较Virgo星系团中星系与星系际气体的空间形态。
• 通过星系和X射线分布的统计分解，识别并表征Virgo星系团内的亚结构。
• 利用beta模型对去投影处理后的径向密度分布进行分析，研究子结构中星系与X射线气体的径向密度分布。
• 基于X射线气体的去投影处理，确定M87和M49子结构中的质量分布及质量与光度比。
• 研究星系团中光度分离现象及与Hubble类型相关的空间分布特征。

提出的方法

• 利用Virgo星系团星表获取光学星系的位置和星等数据。
• 结合ROSAT全天 Survey X射线数据，绘制星系际气体的分布图。
• 应用一种新的统计方法，基于星系和X射线发射的空间聚集特征进行亚结构分解。
• 使用beta模型拟合星系和X射线密度的径向分布，以实现三维密度分布的解析去投影。
• 通过流体静力学平衡，利用X射线气体的温度和密度计算微分和积分质量密度分布。
• 基于总引力质量与星系总V波段光度，计算质量与光度比。

实验结果

研究问题

• RQ1 Virgo星系团中星系与星系际气体的空间分布有何异同？
• RQ2 从星系和X射线气体分布的角度看，Virgo星系团的亚结构组成如何？
• RQ3 在星系团子结构中，星系与X射线气体的径向密度分布是否存在差异？
• RQ4 在M87和M49子结构中，气体与星系对总质量的相对贡献如何？
• RQ5 质量与光度比及质量分数在不同子结构和Hubble类型中如何变化？

主要发现

• Virgo星系团中星系与气体的分布表现出显著的结构相似性，两者均显示出以M87、M49和M86为中心的三个主要亚结构。
• 在子结构的内区，气体密度分布比星系分布更陡峭，但在外区该趋势发生反转。
• 质量较低的亚结构（即较贫乏的亚结构）具有更陡的径向分布，表明光学和X射线发射均更集中。
• 晚型星系比早型星系更弥散，证实了已知的形态学分离现象。
• 在M87子结构中，气体质量约为恒星质量的三倍；而在M49中，气体仅贡献总质量的1%，这一数值异常偏低。
• 质量与光度比在各子结构中相对恒定，约为500 M☉/L☉，表明引力质量与发光物质的比值保持一致。