[论文解读] The XMM-LSS Survey. First high redshift galaxy clusters: relaxed and collapsing systems

I. Valtchanov, M. Pierre+12 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2003

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 7被引用 31

一句话总结

本论文基于XMM-LSS巡天，在红移z > 0.6的区域发现了五个新星系团，这些星系团通过X射线探测识别，并经多波段后续观测确认。其中三个星系团的速度 dispersion 和X射线光度与低红移的标定关系一致；而XLSSC 005可能代表一个红移z ≈ 1的双星系团复合体，展示了XMM-Newton与VLT光谱观测在高红移宇宙中探测中等质量星系团的强大能力。

ABSTRACT

We present five newly found galaxy clusters at z>0.6 from the XMM Large-Scale Structure Survey (XMM-LSS). All five objects are extended X-ray sources in the XMM images. For three of them we have sufficient spectroscopically confirmed member galaxies that an estimate of the velocity dispersion is possible: XLSSC 001 at z=0.613 and σ_V=867^{+80}_{-60} km/s, XLSSC 002 at z=0.772 and σ_V=524^{+267}_{-116} km/s and XLSSC 003 at z=0.839 and σ_V=780^{+137}_{-75} km/s. These three clusters have X-ray bolometric luminosities L_X \sim 1-3 imes 10^{44} erg/s and temperatures 2-4 keV, and consequently are less massive than previously known clusters at similar redshifts, but nevertheless they follow the low redshift scaling relations between L_X, T and σ_V, within the limits of the measurement errors. One of the clusters, XLSSC 004, is detected independently as an overdensity of galaxies of a colour R-z'=1.4 that matches the redshift of the central galaxy z=0.87, although it cannot unambiguously be confirmed by the spectroscopic observations alone. The highest redshift candidate cluster pertaining to this paper, XLSSC 005, is most likely a double cluster complex at a redshift around unity, associated with an extended X-ray source with probable substructure.

研究动机与目标

• 利用X射线与光学数据，在XMM-LSS巡天中探测并表征高红移星系团。
• 通过识别红移z > 0.5的中等质量星系团，克服以往巡天的局限性，其中X射线光子统计与空间分辨率是关键因素。
• 评估XMM-Newton与VLT在高效确认遥远星系团方面的可行性。
• 将星系团数据库扩展至0.5 < z < 1红移范围，尤其关注质量函数峰值以下的系统。
• 探究中等红移处星系团标定关系的演化及星系团内介质的物理特性。

提出的方法

• 利用XMM-Newton观测中良好的空间与光谱分辨率，进行X射线源探测，以识别扩展源。
• 利用CFHT与CTIO的成像进行多波段后续观测，通过R-z’与K波段颜色检测光学过密区域。
• 利用欧洲南方天文台VLT进行光谱红移测量，以确认星系团成员并估算速度 dispersion。
• 对XMM-Newton数据进行X射线谱拟合，推导出总辐射光度（L_X）与温度（T_X）。
• 利用光度红移估计与颜色-星等分析，识别星系团候选体并评估其亚结构。
• 结合X射线等高线图与光学叠加图，评估形态亚结构及潜在的丝状连接。

实验结果

研究问题

• RQ1 XMM-Newton与VLT光谱观测能否在大范围巡天中高效探测并确认高红移星系团（z > 0.6）？
• RQ2 在测量不确定度范围内，新发现的z > 0.6星系团是否遵循低红移的L_X–T_X与L_X–σ_V标定关系？
• RQ3 最遥远的候选体XLSSC 005的性质是什么？其X射线形态与光学过密区域是否支持双星系团或丝状结构？
• RQ4 这些星系团的X射线特性（L_X, T_X）与动力学质量与同红移处已知星系团相比如何？
• RQ5 当光谱确认受限时，R-z’颜色空间中的光度过密区域在识别星系团候选体方面可达到何种程度的可靠性？

主要发现

• 在z > 0.6的红移范围内发现了五个新的X射线选中的星系团，其中三个（XLSSC 001, 002, 003）已通过光谱观测确认其速度 dispersion：σ_V = 867⁺⁸⁰₋₆₀ km s⁻¹（z=0.613）、524⁺²⁶⁷₋₁₁⁶ km s⁻¹（z=0.772）与780⁺¹³⁷₋₇⁵ km s⁻¹（z=0.839）。
• 这三个确认的星系团具有X射线总辐射光度L_X ≈ 1–3 × 10⁴⁴ erg s⁻¹与温度T_X ≈ 2–4 keV，表明其为中等质量系统。
• 尽管其质量低于同红移处已知星系团，但这些星系团在测量不确定度范围内仍遵循低红移的L_X–T_X与L_X–σ_V标定关系。
• XLSSC 004在R–z’ = 1.4颜色中表现为光度过密区域，中心星系红移z ≈ 0.9，但光谱确认存在歧义。
• XLSSC 005是红移z ≈ 1的高红移候选体，表现出扩展的X射线发射与亚结构，并在R–z’与K波段颜色中呈现星系过密区域，暗示其可能为双星系团复合体或丝状结构。
• XMM-LSS巡天成功识别出大量位于0.5 < z < 1范围内的中等质量星系团，填补了以往ROSAT因灵敏度与PSF限制而无法覆盖的星系团质量函数空白。