[论文解读] The ${\it XMM}$ Cluster Survey: joint modelling of the $L_{ m X}-T$ scaling relation for clusters and groups of galaxies

Leyla Ebrahimpour, P. T. P. Viana+17 more|arXiv (Cornell University)|May 9, 2018

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究利用最大的XMM-Cluster Survey样本（353个星系团和星系群），联合建模了从星系群到星系团过渡区的$L_X$–$T$标度关系。研究未发现强烈统计支持非标准模型，但表明归一化参数的演化速度超过自相似演化，且随红移增加散度减小，幂律指数的变点偏好位于约2 keV附近，表明星系群与星系团区域之间存在物理差异。

ABSTRACT

We characterize the X-ray luminosity--temperature ($L_{ m X}-T$) relation using a sample of 353 clusters and groups of galaxies with temperatures in excess of 1 keV, spanning the redshift range $0.1 < z < 0.6$, the largest ever assembled for this purpose. All systems are part of the ${\it XMM-Newton}$ Cluster Survey (XCS), and have also been independently identified in Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data using the redMaPPer algorithm. We allow for redshift evolution of the normalisation and intrinsic scatter of the $L_{ m X}-T$ relation, as well as, for the first time, the possibility of a temperature-dependent change-point in the exponent of such relation. However, we do not find strong statistical support for deviations from the usual modelling of the $L_{ m X}-T$ relation as a single power-law, where the normalisation evolves self-similarly and the scatter remains constant with time. Nevertheless, assuming {\it a priori} the existence of the type of deviations considered, then faster evolution than the self-similar expectation for the normalisation of the $L_{ m X}-T$ relation is favoured, as well as a decrease with redshift in the scatter about the $L_{ m X}-T$ relation. Further, the preferred location for a change-point is then close to 2 keV, possibly marking the transition between the group and cluster regimes. Our results also indicate an increase in the power-law exponent of the $L_{ m X}-T$ relation when moving from the group to the cluster regime, and faster evolution in the former with respect to the later, driving the temperature-dependent change-point towards higher values with redshift.

研究动机与目标

• 利用大而同质的样本，表征星系团与星系群之间X射线光度–温度（$L_X$–$T$）标度关系。
• 检验$L_X$–$T$关系是否在星系群–星系团过渡区偏离单一幂律模型。
• 研究$L_X$–$T$关系归一化参数与本征散度的红移演化，以及幂律指数中温度依赖变点的可能性。
• 评估非引力物理过程（如活动星系核反馈）是否驱动星系群与星系团中不同的标度行为。
• 通过确保对星系团标度关系的精确建模，提升宇宙学约束精度，尤其在星系群污染可能偏差质量估计时。

提出的方法

• 利用来自XMM-Newton星系团 Survey（XCS）的353个X射线探测到的星系团与星系群样本，要求$T > 1$ keV且$0.1 < z < 0.6$，通过SDSS中的redMaPPer算法进行交叉识别。
• 采用联合似然建模方法，同时拟合$L_X$–$T$关系，允许归一化参数与散度随红移演化，并在幂律指数中引入温度依赖的变点。
• 使用贝叶斯信息准则（BIC）与似然比检验评估模型性能，比较标准单幂律模型与包含变点的更复杂模型。
• 引入红移依赖的散度与归一化演化，检验演化是否与自相似预期（$ ext{scaling} \propto (1+z)^{-1}$）一致。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样探索参数空间，并推导归一化、斜率、散度与变点位置的后验分布。
• 通过与先前研究比较并评估与自相似预期及非引力物理效应的一致性，验证结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在星系群–星系团过渡区，$L_X$–$T$关系是否显著偏离单一幂律模型？
• RQ2 归一化参数的红移演化是否与自相似预期一致，或演化更快？
• RQ3 $L_X$–$T$关系的本征散度是否随红移增加而减小，如动力学状态改善或反馈抑制所预期？
• RQ4 温度依赖变点在幂律指数中的首选位置在哪里，是否与物理上的星系群–星系团边界一致？
• RQ5 星系群区域的标度关系与自相似预期相比如何？星系群区域的$L_X$–$T$斜率是否比星系团区域更平缓？

主要发现

• 未发现强烈统计支持偏离单一幂律$L_X$–$T$关系，且归一化参数自相似演化与恒定散度。
• 然而，若假设存在此类偏离，则偏好归一化参数的演化速度超过自相似演化，表明在固定温度下，X射线光度随红移增加。
• 本征散度随红移增加而减小的假设在统计上更受青睐，表明高红移时$L_X$–$T$相关性更紧密。
• 温度依赖变点在幂律指数中的首选位置位于约2 keV，与星系群与星系团之间的物理过渡一致。
• 在星系团区域，幂律指数比自相似预期更陡峭，而在星系群区域则更平缓，暗示星系群中$L_X$–$M$或$T$–$M$标度关系不同。
• 星系群区域的归一化参数演化速度比星系团区域更快，导致变点位置随红移增加而向更高温度移动。