[论文解读] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS): Catalog of galaxy clusters and groups

A. Liu, Esra Bülbül+32 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2021

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文介绍了eFEDS星系团和星系群星表，这是首个基于深度广域X射线巡天（覆盖140 deg²）的eROSITA选源星系团和星系群样本。利用eROSITA X射线数据，作者检测到542个候选体，其通量极限约为∼10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²，对约1/5的样本测量了温度和径向分布，并通过约80%的纯度和>90%的完整度证实了eROSITA在宇宙学星系团巡天中的高性能表现。

ABSTRACT

The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey has been carried out during the PV phase of the SRG/eROSITA telescope and completed in November 2019. This survey is designed to provide the first eROSITA-selected sample of galaxy clusters and groups and to test the predictions for the all-sky survey in the context of cosmological studies with clusters. In the 140 deg$^2$ area covered by eFEDS, 542 candidate clusters and groups are detected as extended X-ray sources, down to a flux of $\sim10^{-14} $erg/s/cm$^2$ in the soft band (0.5-2 keV) within 1'. In this work, we provide the catalog of candidate galaxy clusters and groups in eFEDS. We perform imaging and spectral analysis on the eFEDS clusters with eROSITA X-ray data, and study the properties of the sample. The clusters are distributed in the redshift range [0.01, 1.3], with the median redshift at 0.35. We obtain the ICM temperature measurement with $>2\sigma$ c.l. for $\sim$1/5 (102/542) of the sample. The average temperature of these clusters is $\sim$2 keV. Radial profiles of flux, luminosity, electron density, and gas mass are measured from the precise modeling of the imaging data. The selection function, the purity and completeness of the catalog are examined and discussed in detail. The contamination fraction is $\sim1/5$ in this sample, dominated by misidentified point sources. The X-ray Luminosity Function of the clusters agrees well with the results obtained from other recent X-ray surveys. We also find 19 supercluster candidates in eFEDS, most of which are located at redshifts between 0.1 and 0.5. The eFEDS cluster and group catalog provides a benchmark proof-of-concept for the eROSITA All-Sky Survey extended source detection and characterization. We confirm the excellent performance of eROSITA for cluster science and expect no significant deviations from our pre-launch expectations for the final All-Sky Survey.

研究动机与目标

• 通过eROSITA首次深度巡天eFEDS，建立星系团和星系群的基准星表，以验证其在即将开展的全天巡天中的性能。
• 测试eROSITA在检测扩展X射线源（特别是低质量星系团和星系群）方面的灵敏度和可靠性，通量极限约为∼10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²。
• 表征检测到的星系团和星系群在红移范围z = [0.01, 1.3]内的X射线性质——温度、亮度、电子密度和气体质量。
• 通过详细模拟评估星表的选择函数、完整度和纯度，确保其在宇宙学应用中的稳健性。
• 通过分析星系团的空间分布和红移分布，识别星系超团候选体并研究大尺度结构的形成。

提出的方法

• 应用eSASS源检测算法处理eROSITA X射线数据，在eFEDS区域（140 deg²）内识别出542个扩展X射线源作为星系团和星系群候选体。
• 对所有候选体使用曝光校正、点源掩膜的X射线图像进行成像和光谱分析，以提取软 band（0.5–2 keV）内的径向表面亮度分布。
• 通过光谱拟合测量在300 kpc和500 kpc半径范围内星系团内介质（ICM）的温度，其中102个星系团的温度测量达到>2σ置信水平。
• 通过精确建模软 band 表面亮度，构建通量、亮度、电子密度和气体质量的径向分布，实现质量与热力学诊断。
• 利用eFEDS区域的先进模拟评估选择函数、完整度和纯度，主要污染源为误识别的点源。
• 结合斯隆数字巡天IV/V（SDSS-IV/V）的测光和光谱红移数据，确定星系团红移，并通过空间聚类分析识别星系超团候选体。

实验结果

研究问题

• RQ1 eROSITA在eFEDS巡深下的星系团和星系群检测性能如何？与发射前预期相比有何差异？
• RQ2 eROSITA选源星系团样本的完整度和纯度如何？误识别源的污染比例是多少？
• RQ3 检测到的星系团的X射线性质（温度、亮度、气体质量）如何随红移和质量演化？
• RQ4 eFEDS星系团样本的X射线亮度函数（XLF）在红移范围z = [0.01, 1.3]内是否表现出演化？与其他巡天相比如何？
• RQ5 eFEDS区域中大尺度结构（如星系超团）的出现频率如何？其红移分布如何揭示宇宙大尺度结构的形成？

主要发现

• eFEDS星表包含在140 deg²区域内检测到的542个星系团和星系群候选体，其软 band（0.5–2 keV）内通量极限约为∼10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²，空间范围为1′。
• 红移分布范围为z = [0.01, 1.3]，中值红移为z_median = 0.35，包含19个星系超团候选体，其中大多数位于z = 0.1–0.5之间。
• 在542个星系团中，有102个（约1/5）的ICM温度以>2σ置信水平被约束，其在300 kpc和500 kpc半径范围内的平均温度约为2 keV。
• 通过精确建模软 band 表面亮度，测量了通量、亮度、电子密度和气体质量的径向分布，实现了稳健的热力学诊断。
• 星表的完整度>90%，纯度≈80%，污染比例≈1/5，主要源于误识别的点源。
• 样本的X射线亮度函数与其它近期X射线巡天（如XXL、WARPS）的结果高度一致，在红移范围z = [0.01, 1.3]内未观测到显著演化。