[论文解读] Population Gradients in Galaxy Clusters at 0.2 < Z < 0.6

E. Ellingson, H. Lin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究利用红移 0.2 < z < 0.6 的 15 个 X 射线明亮星系团的星系光谱主成分分析（PCA），揭示了恒星族的径向梯度，显示在大半径区域为类似场星系的年轻恒星族，而在星系团核心则为演化成熟的古老恒星族。在更高红移下更陡的梯度证实了 Butcher-Oemler 效应，并表明场星系向星系团的吸积速率在下降，最大吸积可能发生在 z > 0.7 时。

ABSTRACT

We present a principal component analysis of galaxy spectra from the CNOC sample of rich X-ray luminous clusters at 0.18 < z < 0.55. Composite radial distributions of different stellar populations show strong gradients as a function of cluster-centric redshift. The composite population is dominated by evolved populations in the core, and gradually changes to one which is similar to coeval field galaxies at radii greater than the virial radius. We do not see evidence in the clusters for an excess of star formation over that seen in the coeval field. Within this redshift range, significant evolution in the gradient shape is seen, with higher redshift clusters showing steeper gradients. This results in larger numbers of younger galaxies seen towards the inner regions of the clusters-- in effect, a restatement of the Butcher-Oemler effect. Luminosity density profiles are consistent with a scenario where this phenomenon is due to a decline over time in the infall rate of field galaxies into clusters. Depending on how long galaxies reside in clusters before their star formation rates are diminished, this suggests an epoch for maximal infall into clusters at z > 0.7. We also discuss alternative scenarios for the evolution of cluster populations.

研究动机与目标

• 研究中等红移星系团中恒星族的空间分布。
• 确定星系族梯度如何随宇宙时间演化，并与星系团结构相关联。
• 检验 Butcher-Oemler 效应是否源于场星系向星系团的吸积速率下降。
• 评估环境过程（如激波剥离或星系相互作用）在塑造星系团族演化中的作用。

提出的方法

• 对 CNOC 巡天中 1,200 个光谱确认的星系团星系的 3500–4500 Å 休息帧光谱应用主成分分析（PCA）。
• 从 Las Campanas 红移巡天中导出四个正交 PCA 向量：两个发射线分量（[OII]、[OIII]），一个巴尔默吸收分量（中等年龄恒星），以及一个椭圆星系类分量（古老恒星族）。
• 通过将星系团星系光谱投影到这些 PCA 向量上，构建复合径向族分布，实现在星系团半径范围内对族梯度的平滑映射。
• 通过使用与星系团相同红移和星等的共演化场星系光谱，对场星系演化进行校正。
• 将不同红移区间（z ≈ 0.23 和 z ≈ 0.43）的梯度进行比较，以评估时间演化特征。
• 利用 X 射线气体密度和空间分布数据，评估其他可能情景（如气体密度演化、星系相互作用率变化或高红移星系抗性增强）的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z ≈ 0.23 到 z ≈ 0.43 之间，星系团中恒星族的径向梯度如何演化？
• RQ2 观测到的星系团族梯度演化是否与场星系向星系团的吸积速率下降一致？
• RQ3 星系团中的 X 射线气体密度是否与星系团族分量强度相关，提示气体剥离是演化的驱动力？
• RQ4 高红移星系是否对环境剥离更具抗性，从而导致高红移时族梯度更平缓？
• RQ5 星系-星系相互作用或星系团动力学的演化在塑造观测到的族梯度中起什么作用？

主要发现

• 复合径向族梯度显示，从星系团晕半径以外的场星系类年轻族，平滑过渡到星系团核心的演化成熟古老族。
• 高红移星系团（z ≈ 0.43）的族梯度比低红移星系团（z ≈ 0.23）更陡，与 Butcher-Oemler 效应一致，表明早期宇宙中星系团中心有更多星暴星系。
• 观测到的演化最合理的解释是场星系向星系团的吸积速率下降，最大吸积可能发生在 z > 0.7 时。
• 在 0.5 r200 处，星系团族分量与 X 射线气体密度之间未发现显著相关性，表明整体气体密度演化并非族演化的主驱动因素。
• 数据与高红移星系对环境效应更具抗性的假设不一致，因为族分布仅表现为整体垂直平移，而非高红移时内区出现更高峰值。
• 考虑到对共演化场族的校正以及与 X 射线气体无相关性，其他机制（如相互作用率演化或场星族演化）的可能性较低。