[论文解读] The Cool-Core Bias in X-ray Galaxy Cluster Samples I: Method And Application To HIFLUGCS

D. Eckert, S. Molendi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 50被引用 4

一句话总结

该论文发现，像HIFLUGCS这样的X射线通量有限的星系团样本中存在显著的29%冷核（CC）偏倚，这是由于仪器灵敏度差异导致冷核（CC）星系团比非冷核（NCC）星系团更易被探测到。利用ROSAT和XMM-Newton的模拟与观测数据，研究显示该偏倚在低质量、邻近的星系群中最为显著，并提出通过排除核心通量可校正选择效应，将观测到的CC分数降低至35–37%，暗示大多数星系团并非处于准静态状态，且暗物质晕中加热事件的发生率约为每30亿年一次。

ABSTRACT

When selecting flux-limited cluster samples, the detection efficiency of X-ray instruments is not the same for centrally-peaked and flat objects, which introduces a bias in flux-limited cluster samples. We quantify this effect in the case of a well-known cluster sample, HIFLUGCS. We simulate a population of X-ray clusters with various surface-brightness profiles, and use the instrumental characteristics of the ROSAT All-Sky Survey (RASS) to select flux-limited samples similar to the HIFLUGCS sample and predict the expected bias. For comparison, we also estimate observationally the bias in the HIFLUGCS sample using XMM-Newton and ROSAT data. We find that the selection of X-ray cluster samples is significantly biased ($\sim29%$) in favor of the peaked, Cool-Core (CC) objects, with respect to Non-Cool-Core (NCC) systems. Interestingly, we find that the bias affects the low-mass, nearby objects (groups, poor clusters) much more than the more luminous objects (i.e massive clusters). We also note a moderate increase of the bias for the more distant systems. Observationally, we propose to select the objects according to their flux in a well-defined physical range excluding the cores, $0.2r_{500}-r_{500}$, to get rid of the bias. From the fluxes in this range, we reject 13 clusters out of the 64 in the HIFLUGCS sample, none of which appears to be NCC. As a result, we estimate that less than half (35-37%) of the galaxy clusters in the local Universe are strong CC. In the paradigm where the CC objects trace relaxed clusters as opposed to unrelaxed, merging objects, this implies that to the present day the majority of the objects are not in a relaxed state. From this result, we estimate a rate of heating events of $\sim1/3$ Gyr$^{-1}$ per dark-matter halo.

研究动机与目标

• 量化X射线仪器灵敏度在通量有限的星系团样本中引入的选择偏倚，特别是对冷核（CC）与非冷核（NCC）系统的偏好。
• 评估该偏倚对著名HIFLUGCS样本（一个通量有限的X射线星系团巡天）中观测到的CC/NCC比例的影响。
• 提出一种使用0.2r₅₀₀–r₅₀₀物理范围内的通量测量来排除核心辐射的校正方法，以减少偏倚。
• 重新估计本地真实CC星系团分数，并推断暗物质晕中加热事件的发生率。

提出的方法

• 模拟具有多样化表面亮度轮廓（CC与NCC类型）的X射线星系团群体，以模拟仪器响应。
• 应用ROSAT全天 Survey（RASS）的仪器特性，模拟类似HIFLUGCS的通量有限采样。
• 将模拟结果与XMM-Newton和ROSAT数据的观测通量测量进行比较，以估算HIFLUGCS样本中的实际偏倚。
• 在0.2r₅₀₀–r₅₀₀范围内排除核心通量，以定义一个不受核心偏倚影响的校正后通量有限样本。
• 利用校正后的样本重新估计真实CC分数，并推断每个星系团的加热事件发生率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类似HIFLUGCS的通量有限X射线星系团样本中，冷核偏倚的大小是多少？
• RQ2 该偏倚如何随星系团质量、红移和光度变化？
• RQ3 以核心为主导的表面亮度轮廓在多大程度上人为地夸大了观测到的CC分数？
• RQ4 在0.2r₅₀₀–r₅₀₀范围内排除核心通量是否能有效消除选择偏倚？
• RQ5 在纠正该偏倚后，本地真实CC星系团分数是多少？这对星系团加热机制有何启示？

主要发现

• 在类似HIFLUGCS的通量有限X射线样本中，发现对冷核（CC）星系团存在29%的偏倚，这是由于中心集中辐射更易被探测到。
• 该偏倚在低质量、邻近的星系群和贫乏星系团中最为显著，对更遥远系统的影响中等。
• 在0.2r₅₀₀–r₅₀₀范围内排除通量可消除核心偏倚，导致原HIFLUGCS样本中13个星系团被剔除，且这些星系团此前均被分类为CC。
• 校正后，强冷核星系团的真实本地分数估计为35–37%，远低于以往报告的数值。
• 这表明本地宇宙中不到一半的星系团处于准静态、冷核状态，暗示每个暗物质晕中加热事件的发生率约为每30亿年一次。