[论文解读] X-Ray galaxy clusters: constraints on models of galaxy formation

J. Oukbir, James G. Bartlett+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文使用Press-Schechter形式化方法在平坦宇宙中对X射线星系团进行建模，通过将可观测的星系团性质与virial质量关联，以约束宇宙学模型。研究发现σ₈ = 0.57 ± 0.05，且在5–15 h⁻¹ Mpc尺度上谱指数n介于-2.4至-1.5之间，独立于归一化参数排除了标准CDM模型，同时确认平坦模型与高红移星系团计数一致。

ABSTRACT

We present a self-consistent approach to the modeling of X-ray clusters of galaxies in a flat universe. Employing the Press and Schechter (1974) formalism to derive the mass function and relating the observable properties of clusters to their virial mass allows us to study the cluster X-ray distribution functions and their evolution with redshift. This approach differs from some results based on the X-ray luminosity function, which we argue is subject to modeling uncertainties. We obtain stringent constraints on the power spectrum of the initial density perturbations assumed to seed galaxy formation by comparing the theoretical temperature function with available data: the amplitude $σ_8$ is found to be $0.57 \pm 0.05$, while the local spectral index $n$ is falling in the range $-2.4 \leq n \leq -1.5$ on scales between 5 and 15 $h^{-1}$ Mpc: the standard CDM model is clearly ruled out, independently of the normalization. We further examine the evolutionary properties of X-ray clusters. Our approach greatly clarifies the situation: contrary to some previous claims, we find that flat models are in reasonable agreement with the observed number of clusters at high redshif ts. We also examine the contribution of clusters to the X-ray counts and to the soft X-ray background and compare the expected values in the case of the $Ω_0=1$ and $Ω_0=0.2$ universes. The number counts are in agreement with the observations, further confirming the relevance of our modeling. We conclude that although clusters are not the primary source of the soft X-ray background, their contribution is nevertheless non-negligible. This is particularly important for they could escape the constraints imposed on possible point sources contributing to the background. Finally, we briefly

研究动机与目标

• 使用Press-Schechter形式化方法，在平坦宇宙中发展X射线星系团的自洽模型。
• 通过分析星系团温度函数而非X射线光度函数，改进对初始密度扰动的约束。
• 将平坦宇宙学模型（Ω₀ = 0.2 和 Ω₀ = 1）与高红移星系团计数及X射线背景观测进行对比，以检验其可行性。
• 评估星系团对软X射线背景的贡献，并评估其是否可能规避点源观测的约束。

提出的方法

• 将Press-Schechter形式化方法应用于平坦宇宙中X射线星系团的质量函数推导。
• 通过物理上合理的标度关系，将可观测的星系团性质（如温度和X射线光度）与virial质量关联。
• 将理论温度函数与观测数据对比，以约束初始功率谱的振幅σ₈和谱指数n。
• 对星系团的演化特性进行建模，以检验其与高红移星系团计数的一致性。
• 计算Ω₀ = 1和Ω₀ = 0.2模型下的X射线数目计数及软X射线背景贡献。
• 通过聚焦于与物理更直接相关的温度函数，避免了X射线光度函数固有的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 X射线星系团温度函数对初始功率谱振幅σ₈和谱指数n施加了何种约束？
• RQ2 平坦宇宙学模型（Ω₀ = 0.2 和 Ω₀ = 1）与高红移星系团计数相比如何？
• RQ3 星系团对软X射线背景的贡献是否不可忽略？它们是否可能规避点源调查的约束？
• RQ4 为何先前关于模型与高红移星系团计数不一致的断言失败？本模型如何解决这一问题？
• RQ5 为何使用温度函数而非光度函数能更优地约束星系形成模型？

主要发现

• 初始功率谱的振幅被约束为σ₈ = 0.57 ± 0.05，显著低于标准CDM模型的预测值。
• 在5至15 h⁻¹ Mpc尺度上，局部谱指数n位于-2.4 ≤ n ≤ -1.5范围内，独立于归一化参数排除了标准CDM模型。
• 平坦模型（Ω₀ = 0.2 和 Ω₀ = 1）与高红移观测到的星系团数量在合理范围内一致，与早期的断言相反。
• 理论X射线数目计数与观测结果高度一致，支持了该建模方法的有效性。
• 星系团对软X射线背景有不可忽略的贡献，这意味着它们可能逃避免疫点源约束。
• 温度函数提供的约束比X射线光度函数更稳健，后者受更大建模不确定性的影响。