[论文解读] The Shapley super-cluster. New X-ray detections and mass distribution

E. De Filippis, S. Schindler+1 more|ArXiv.org|Aug 24, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 12

一句话总结

本研究利用ROSAT和ESO数据对沙普利超星系团进行了深度X射线巡天，发现了35个此前未被探测到的X射线星系团候选体——其中21个在光学波段已有已知记录——揭示了一个高度超密度区域，具有扁平的丝状结构。关键发现是，由于存在大量暗淡、低光度星系团，星系团数密度比以往估计高出一个数量以上，显著提高了总质量的推断值，并表明超星系团外缘仍在持续吸积物质。

ABSTRACT

The largest and the deepest super-structure known today is the Shapley super-cluster. This is the sky area with the highest over-density of galaxy clusters and therefore also an ideal region to test the effects of a high density environment on galaxies and on clusters. We performed an X-ray survey of a wide region surrounding the Shapley super-structure. Additionally to previously known super-cluster X-ray members, we identified diffuse X-ray emission from 35 cluster candidates without previous X-ray detection. 21 of them were previously known, optically selected super-cluster members, while the other candidates had not been previously detected in any wavelength range. Optical follow-up observations revealed that at least four of these new candidates also have optical cluster counterparts. The super-cluster shows a slightly flattened and elongated morphology. Clusters outside the central dense core are preferentially located in four perpendicular filaments in a similar way to what is seen in simulations of Large Scale Structure. We measure the cluster number density in the region to be more than one order of magnitude higher than the mean density of rich Abell clusters previously observed at similar Galactic latitudes; this over-density, in the super-cluster outskirts, is mainly due to an excess of low X-ray luminous clusters (with respect to an average population), which leads us to think that the whole region is still accreting low luminosity, small objects from the outskirts. Pushing our total X-ray mass estimate to fainter clusters would drastically increase the total super-cluster mass measure, because of the presence of the rich X-ray low luminosity population.

研究动机与目标

• 对沙普利超星系团进行全面的X射线巡天，覆盖大范围天空区域，具有低通量灵敏度，以探测以往被遗漏的星系团成员。
• 通过识别先前巡天未探测到的暗淡X射线源，评估沙普利区域星系团超密度的真实范围，特别是外缘区域。
• 通过纳入此前因通量灵敏度限制而被排除的低光度星系团，改进质量估算。
• 通过分析探测到的星系团的空间分布和光度函数，研究超星系团的形态和动力学状态。
• 确定低光度星系团对超星系团总质量预算的贡献，特别是在非virialised（非热平衡）区域。

提出的方法

• 利用ROSAT公共数据档案和ESO拉西拉天文台的观测数据，对沙普利超星系团周围的广阔天空区域进行巡天。
• 应用一种模型无关的检测算法，识别未假设源形状或位置的扩展X射线结构。
• 实施二级筛选标准，以区分真实星系团候选体与非星系团X射线源（例如活动星系核、背景源）。
• 进行两步分析：首先，在通量阈值以上检测扩展源；其次，降低通量限制以恢复此前未被探测到的暗淡星系团。
• 对X射线候选体进行光学后续观测，以确认星系团对应体并评估红移和形态。
• 构建累积质量剖面，并分析X射线光度函数，以与均匀宇宙学模型的预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用更深的X射线灵敏度对沙普利超星系团进行巡天时，其外缘区域的星系团超密度真实范围是什么？
• RQ2 沙普利超星系团中星系团的X射线光度函数和空间分布与低密度环境中的情况相比如何？
• RQ3 低光度、暗淡的X射线星系团在超星系团总质量预算中占多大比例？
• RQ4 沙普利超星系团是否已达到virialised（热平衡）状态，还是仍在从周围空间吸积物质？
• RQ5 丝状结构在超星系团大尺度形态中起什么作用？它们与大尺度结构模拟结果有何关联？

主要发现

• 巡天探测到35个新的X射线星系团候选体，其中21个在光学巡天中已有记录，且至少有四个新候选体已确认具有光学对应体。
• 沙普利区域的星系团数密度比以往光学估计高出一个数量以上，主要归因于低X射线光度星系团的过剩。
• 超星系团表现出略微扁平、拉长的形态，星系团倾向于沿四条相互垂直的丝状结构排列，与大尺度结构模拟结果一致。
• 由于纳入了暗淡的低光度星系团，X射线质量估算值显著高于以往数值，当考虑更暗淡的星系团时，总质量大幅增加。
• 沙普利超星系团的中心核心尚未达到virialised（热平衡）状态，因为观测到的X射线质量略低于virial质量估算值，表明引力坍缩仍在进行中。
• 结果表明，以往的X射线巡天因通量检测限值过高，低估了超星系团的质量和超密度，从而在宇宙学推断中引入了系统性偏差。