星系团X射线性质的统计研究

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星系团由成百上千个星系组成,是宇宙大尺度纤维结构的节点,也是宇宙中最大的自引力束缚的系统。利用星系团不仅可以研究星系团内细致的结构特征,暗物质和热气体的分布,星系团的并合过程,还可以研究宇宙的大尺度结构,对宇宙学模型进行限制。星系团性质的统计研究是这些研究工作的基础,其中引力质量的确定起到核心的作用。星系团完备样本的质量函数能够对宇宙学模型进行严格限制。  现代的X射线望远镜XMM-Newton(具有高的能谱分辨率、大的有效面积)和Chandra(高的空间分辨率)可以给出准确的温度和表面亮度的分布,非常适合星系团整体性质的研究。在本论文中,我们基于两卫星的数据,建立了一个流量限制、近似完备的星系团样本(简称XBCS,f0≥1.0×10-11erg s-1 cm2)。整个样本包含164个星系团,我们对每个源均进行了详细的反投影分析,精确的获得星系团的温度(T)、电子密度、光度(LX)、气体质量(Mg),气体内能(YX=Mg×T)以及总质量(M)等参数。目前,此样本是国际上少有的基于新一代卫星,考虑了投影效应的X射线星系团样本。在本论文中,我们利用这个样本主要完成了以下工作。  在标准宇宙学里,星系团的自相似性是等级成团理论的最重要预测之一。这种自相似性导致质量和其它X射线观测量间满足严格的标度关系,由此质量可被X射线观测量预测。基于XMM-Newton的数据,我们从XBCS中选出39个低红移(z<0.1)、球对称、数据质量比较好的星系团作为子样本,研究了X射线观测量与总质量之间的标度关系,试图寻找质量的最佳估计量。通过中心的冷却时间和温度的不同,整个子样本被分为25个冷核星系团和14个非冷核星系团。我们细致调查了四个标度关系:LX-M,M-T,M-Mg,M-YX,以及冷核对这些标度关系的影响。通过比较发现M-YX关系:弥散最小;斜率与自相似模型预言一致并且不随星系团样本变化;受冷核影响较小。因此,气体的内能YX是星系团总质量的最佳替代量。  Chandra和XMM-Newton测得的星系团性质存在差异,我们从XBCS中选出同时具有两种卫星观测数据的62个星系团作为子样本,调查了两卫星测得的星系团T和M500的差异,目的是寻找修正差异的普适方法,联合使用两种卫星的数据。通过比较发现:(1)不论是投影还是反投影的温度,Chandra要高于XMM-Newton的值,并且反投影温度间存在一个很好的线性关系:TChandra=1.25×TXMM-0.13;(2) Chandra得到的星系团质量高于XMM-Newton的值,偏差bias值约为0.15±0.01,质量关系为:log10 MChandra=1.02×log10 MXMM+0.15。与弱引力透镜的质量相比,发现XMM-Newton测得的星系团质量更为可靠,在后续的分析中我们试图修正Chandra的参数使其与XMM-Newton的一致。利用反投影温度关系修正了Chandra测得的星系团温度,并统一r500后,得到的修正后的MChandra与MXMM基本是一致的,偏差仅为0.03±0.01,固有弥散从以前的0.20降为0.12。通过温度修正,两卫星间的质量偏差基本解决,这意味着温度偏差可能是导致质量偏差的主要原因。最后得到,对于Chandra和XMM-Newton测得的星系团性质的差异,反投影温度关系和质量关系可以提供无偏的修正。
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