[论文解读] Substructures in galaxy clusters: a comparative X-ray and photometric analysis of the REXCESS sample

G. Foëx|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究对REXCESS样本中的31个X射线选源星系团进行了比较性的X射线与光学测光分析，利用多种形态指标评估其亚结构含量。结果表明，光学与X射线亚结构诊断方法存在部分重叠但结果各异，约35%的星系团通过关键光学指标被分类为扰动系统，凸显了采用多波段方法准确捕捉星系团动力学状态与质量聚集历史的必要性。

ABSTRACT

The main goals of the present work are (i) to study the substructure content of a representative, X-ray selected sample of 31 galaxy clusters, as traced by the spatial distribution of their red-sequence galaxies, and (ii) to compare it to that observed in the intracluster medium distribution. Our substructure indicators are the asymmetry test, $β$, the residuals of the galaxy surface density map, $Δ_Σ$, and the Fourier elongation, $FE$. We probe the clusters core with secondary tests: the offset between the central brightest cluster galaxy and the X-ray emission peak, $Δr_{\mathrm{BCG-X}}$, the magnitude offset between the first and second brightest galaxies, $Δm_{12}$, and their radial offset, $Δr_{12}$. The main indicators exhibit continuous distributions, making a discrete classification difficult. A partition based on $β$ and $Δ_Σ$ gives a fraction $\sim35\%$ of disturbed systems; $\sim65\%$ of the clusters are disturbed according to at least one of these two quantities. The main indicators poorly correlate with the secondary quantities, likely due to substructures observed prior core crossing. Nine of the 12 X-ray disturbed clusters are also flagged as such by either $β$ or $Δ_Σ$. Cool cores are hosted by systems with higher optical concentrations, smaller $Δr_{\mathrm{BCG-X}}$, and larger $Δr_{12}$; however, both populations do not differ significantly in terms of their overall morphology probed by the main indicators. Our results show the necessity of using a variety of independent tests and data sets to obtain a clear picture of a cluster's morphology. Furthermore, we find that a cluster's dynamical state, consequence of its recent merger history, is not necessarily representative of a future mass assembly via accretion of substructures.

研究动机与目标

• 利用光学测光数据评估一个具有代表性的、X射线选源的31个星系团的亚结构含量。
• 将红序星系空间分布导出的亚结构指标与星系团内介质（ICM）X射线观测导出的指标进行比较。
• 评估不同亚结构诊断方法在识别扰动系统方面的一致性与互补性。
• 研究光学形态、X射线形态与动力学状态之间的关系，特别是与冷核特性相关的关系。
• 评估星系团的动力学状态（基于近期并合活动推断）是否反映其通过次结构吸积实现的未来质量聚集。

提出的方法

• 应用四种光学亚结构指标：不对称性检验（β）、星系面密度图残差（ΔΣ）、傅里叶拉长因子（FE）以及六极矩功率比（P₃/P₀）。
• 使用次级指标：最亮星系（BCG）与X射线峰值之间的位移（Δr_BCG-X）、第一与第二亮星系的星等差（Δm₁₂）以及径向分离距离（Δr₁₂）。
• 将光学亚结构结果与Böhringer等人（2010年）基于ICM形态的X射线亚结构分类进行比较。
• 为与先前的REXCESS研究保持一致，将分析限制在R₅₀₀范围内，使用测光红移与星系密度图。
• 采用统计检验评估光学指标、X射线诊断与次级动力学量之间的相关性。
• 对星系面密度图使用不同的平滑尺度，并应用傅里叶分解以量化形状各向异性的程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 光学亚结构指标（β、ΔΣ、FE）在识别扰动星系团方面与X射线亚结构诊断的吻合程度如何？
• RQ2 次级指标（Δr_BCG-X、Δm₁₂、Δr₁₂）与主要光学亚结构统计量及X射线形态的相关性如何？
• RQ3 冷核状态与光学形态或动力学指标之间存在何种关系？
• RQ4 不同亚结构指标对不同并合阶段、质量比与撞击参数的响应如何？
• RQ5 孔径选择与平滑尺度的选择在多大程度上影响星系密度图中亚结构的检测？

主要发现

• 约35%的星系团基于β与ΔΣ被分类为扰动系统，而至少65%的星系团在至少一个指标上显示出亚结构迹象。
• 在12个X射线扰动的星系团中，仅有9个被β或ΔΣ识别为扰动，表明X射线与光学亚结构诊断方法之间重叠有限。
• 冷核星系团表现出更高的光学集中度、更小的Δr_BCG-X以及更大的Δr₁₂，表明动力摩擦增强与星系吞噬作用更显著。
• Δr_BCG-X与Δr₁₂的组合在参数空间中显示出冷核系统强烈聚集，表明X射线选样本中可能存在选择偏差。
• FE与P₃/P₀表现出显著相关性，表明ICM与星系分布的拉长常同时出现，可能由于沿特定轴向的吸积所致。
• P₃/P₀对R₅₀₀附近的ICM形态高度敏感，但往往在中间半径区域漏检亚结构，特别是当六极矩功率为零时（约13%的系统出现此情况）。