[论文解读] ROSAT/HRI and ASCA observations of the most luminous X-ray cluster RXJ1347.5-1145

S. Schindler, M. Hattori+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 1996

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究基于ROSAT/HRI与ASCA对红移z=0.451的超亮星系团RXJ1347.5-1145的X射线观测，确认其为目前已知最亮的X射线星系团，其总波段X射线 luminosity(bol) = 2×10^46 erg/s。观测揭示其具有高温（9.3 keV）、铁元素丰度偏高（0.33倍太阳值），且冷却流速率形式上极为极端，超过3000 M☉/yr，表明这是在遥远、结构松弛的星系团系统中观测到的最强冷却流之一。

ABSTRACT

We report on the X-ray properties of the exceptional X-ray cluster RXJ1347.5-1145 at z=0.451. We confirm that it is with a luminosity $L_X(bol)=2 imes 10^{46}$ erg/s the most luminous X-ray cluster discovered to date. The mass of the cluster within 1.7 Mpc is $9.8%\pm1.1 imes 10^{14} \msol$. A comparison of the central X-ray mass and the mass determined from a simple gravitational lens model shows a discrepancy of a factor of 2-3 with the X-ray mass being smaller. The temperature of the cluster is $9.3^{+1.1}_{-1.0}$~keV. We detect a strong FeK line corresponding to a metallicity of $0.33\pm0.10$ in solar units, which is an unexpectedly high value for a distant and hot cluster. There are several hints that the cluster contains an extremely strong cooling flow. With the usual assumptions we derive formally a mass accretion rate of more than 3000 $\msol$/yr indicating that this may be the largest cooling flow detected so far. To find these extreme properties in this distant cluster which can be taken as an indication of a well relaxed and old system is of high importance for the theory of formation and evolution of clusters.

研究动机与目标

• 表征RXJ1347.5-1145的X射线特性，该星系团在当时为已知最亮的X射线星系团。
• 利用多波段X射线数据确定星系团的温度、金属度与质量分布。
• 研究此遥远、高红移星系团中是否存在冷却流及其强度。
• 将X射线质量估算与引力透镜质量测量结果进行比较，以评估动力学一致性。
• 评估这些极端特性对大质量星系团形成与演化的影响。

提出的方法

• 分析ROSAT高分辨率像器（HRI）的高分辨率成像数据，以绘制X射线表面亮度与温度结构图。
• 对ASCA数据进行谱拟合，以测量热X射线发射，包括利用Fe K-alpha线确定金属度。
• 采用流体静力学平衡模型，基于X射线温度与密度分布，估算在1.7 Mpc范围内星系团的总质量。
• 将X射线推导的质量与引力透镜推断的质量进行比较，以检测差异。
• 应用标准冷却流模型，基于谱线发射与表面亮度分布估算质量吸积速率。
• 利用红移z=0.451对光度与质量计算中的宇宙学效应进行校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 RXJ1347.5-1145的X射线光度、温度与金属度为何？与其它已知星系团相比如何？
• RQ2 在这一遥远、大质量星系团中是否存在冷却流的证据？若存在，其强度如何？
• RQ3 为何X射线质量估算显著低于引力透镜质量估算？这对星系团动力学有何含义？
• RQ4 在高红移、高温星系团中观测到的高铁元素丰度（0.33倍太阳值）如何挑战当前的星系团富集模型？
• RQ5 观测到冷却流速率超过3000 M☉/yr对大质量星系团演化有何影响？

主要发现

• 确认RXJ1347.5-1145为目前已知最亮的X射线星系团，其总波段光度为2×10^46 erg/s。
• 星系团温度高达9.3^{+1.1}_{-1.0} keV，与存在大质量、高温星系团内介质一致。
• 强烈的Fe K-alpha线表明金属度为0.33±0.10（以太阳值为单位），在遥远、高温星系团中极为罕见。
• 在1.7 Mpc范围内的X射线质量为9.8±1.1×10^14 M☉，但仅为引力透镜推断质量的2至3倍。
• 形式化建模表明冷却流质量吸积速率超过3000 M☉/yr，表明这是迄今观测到的最强冷却流之一。
• 在结构良好、高红移的星系团中同时观测到极端光度、高金属度与强冷却流，对当前星系团形成与演化理论构成重大挑战。