[论文解读] The RASS-SDSS Galaxy Cluster Survey. III. Scaling relations of galaxy clusters

P. Popesso, A. Biviano+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 67被引用 86

一句话总结

本研究分析了RASS-SDSS星系团样本，比较光学与X射线光度作为星系团质量、温度及速度 dispersion 的预测因子。利用SDSS光谱数据与X射线数据，研究发现光学光度对星系团质量的预测准确率为40%，优于X射线光度的55%，表明光学光度是比X射线光度更可靠的星系团基本属性指标。

ABSTRACT

We use the RASS-SDSS galaxy cluster sample to compare the quality of optical and X-ray luminosities as predictors of other cluster properties such as their masses, temperatures, and velocity dispersions. We use the SDSS spectroscopic data to estimate the velocity dispersions and the virial masses of a subsample of 69 clusters within r_{500} and r_{200}. The ASCA temperature of the intra-cluster medium, T_X, is retrieved from the literature for a subsample of 49 clusters. For this subsample we estimate the cluster masses also by using the mass-temperature relation. We show that the optical luminosity, L_{op}, correlates with the cluster mass much better than the X-ray luminosity, L_X. L_{op} can be used to estimate the cluster mass with an accuracy of 40% while L_X can predict the mass only with a 55% accuracy. We show that correcting $L_X$ for the effect of a cool core at the center of a cluster, lowers the scatter of the $L_X-M$ relation only by 3%. We find that the scatter observed in the L_{op}-L_X relation is determined by the scatter of the L_X-M relation. The mass-to-light ratio in the SDSS i band clearly increases with the cluster mass with a slope 0.2\pm0.08. The optical and X-ray luminosities correlate in excellent way with both T_X and σ_V with an orthogonal scatter of 20% in both relations. Moreover, L_{op} and L_X can predict with the same accuracy both variables. We conclude that the cluster optical luminosity is a key cluster parameter since it can give important information about fundamental cluster properties such as the mass, the velocity dispersion, and the temperature of the intra-cluster medium.

研究动机与目标

• 评估光学与X射线光度作为星系团质量、温度及速度 dispersion 预测因子的有效性。
• 评估冷却核心效应对涉及X射线光度与质量的标度关系散射的影响。
• 确定在均匀的大规模星系团样本中，光学光度是否提供比X射线光度更准确的质量估计。
• 利用SDSS i波段数据研究质量-光度比随星系团质量的变化趋势。
• 检验光学与X射线光度之间的相关性及其对ICM温度与速度 dispersion 的预测能力。

提出的方法

• 本研究使用RASS-SDSS星系团样本，选取69个具有光谱红移的星系团，基于r500与r200半径内数据估算速度 dispersion 与维里质量。
• 从文献中获取49个星系团子样本的X射线光度与ASCA温度(TX)。
• 通过维里定理与质量-温度关系交叉验证星系团质量的估算结果。
• 利用DR2中一致的测光数据，基于SDSS i波段计算光学光度(Lop)，星系成员身份通过光谱红移确定。
• 采用正交距离回归分析标度关系中的散射，以最小化两变量中的误差。
• 在可能的情况下对X射线温度应用冷却核心修正，并量化其对Lx–M与Lop–TX关系的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 光学光度是否与星系团质量的相关性强于X射线光度？
• RQ2 冷却核心的存在如何影响Lx–M与Lop–TX标度关系的散射？
• RQ3 光学光度能否以与X射线光度相当的准确度预测星系团速度 dispersion 与X射线温度？
• RQ4 质量-光度比随星系团质量增加的趋势如何？
• RQ5 在估算星系团质量、温度与速度 dispersion 时，Lop与Lx的预测准确度如何比较？

主要发现

• 光学光度(Lop)对星系团质量的预测散射为40%，显著优于X射线光度(Lx)的55%散射。
• 对X射线光度进行冷却核心修正后，Lx–M关系的散射仅减少3%，表明冷却核心效应并非散射的主要来源。
• Lop–Lx关系中的散射主要由Lx–M关系中的散射驱动，而非由Lop–Lx的内在分散引起。
• SDSS i波段的质量-光度比随星系团质量增加而上升，斜率为0.2 ± 0.08，表明M/L随质量系统性增加。
• Lop与Lx对X射线温度(TX)与速度 dispersion (σV)的相关性均具有20%的正交散射，两者对这些变量的预测准确度相当。
• 本研究结论认为，光学光度是比X射线光度更优且更可靠的星系团基本属性指标，尤其在SDSS等大规模光学巡天背景下。