李鼎鵬 李瑤 姜東飛

摘 要：基于哈勃空間望遠鏡的CLASH巡天觀測數(shù)據(jù)，對其中23個大質量的、紅移范圍在0.18

關鍵詞：星系團 熵 星系形成與演化 恒星質量 恒星形成率

中圖分類號：P152 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0207-03

星系團是宇宙中最大的引力束縛系統(tǒng)，其最亮的成員星系（稱為最亮團星系；英文Brightest Cluster Galaxy-縮寫為BCG）是星系形成與演化重要的研究對象之一。它們通常處在星系團的中心（Smith et al.2005），大多由年老的恒星族主導，通常已沒有較強的恒星形成活動，形態(tài)以棗型為主。由于最亮團星系處在獨特的物理位置上（一般位于靠近星系團引力勢阱的最低點）并具有區(qū)別于其他一般星系的性質，普遍認為它們的起源和演化與其宿主星系團的形成與演化有著密切的聯(lián)系。盡管最亮團星系通常是寧靜的大橢圓星系，然而近期基于光譜觀測的研究表明一些低紅移最亮團星系正經(jīng)歷著恒星形成活動甚至星暴活動（Liu et al.2012）。同時一些鄰近最亮團星系具有較藍色的核和紫外超現(xiàn)象也表明了它們正經(jīng)歷著恒星形成過程（Hicks et al.2010）。在先前的研究工作中，具有明顯恒星形成活動的最亮團星系樣本大多數(shù)是基于X射線選擇的鄰近樣本，它們通常處在擁有致密核、高壓氣體、低熵的星系團中—即“冷核星系團”。這種星系團中的最亮團星系周圍的熱氣體冷卻時間一般小于 1 Gyr。目前的研究表明：基于光學觀測數(shù)據(jù)選取的鄰近樣本中，10%～30%的最亮團星系中存在強射電活動星系核或恒星形成活動，或者兩者同時存在（von der Linden et al.2007；Edwards et al.2007），而在基于X射線選取的鄰近星系團樣本中其比例可達70%或更高（Donahue et al.2010）。最近對20個基于X射線選擇的，中等紅移（0.18

在這項工作中，利用CLASH巡天觀測的星系團樣本，深入探討中等紅移星系團的質量、中心區(qū)域的熵等性質與其最亮團星系的恒星形成活動之間的關系。下面將詳細介紹該項工作的樣本與數(shù)據(jù)，結果與分析，以及結論。

1 樣本與數(shù)據(jù)

CLASH（Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble）是2009年美國國家財政支持的一個針對星系團的巡天項目。CLASH利用哈勃空間望遠鏡全新的多波段成像設備對25個大質量的、紅移從0.18～0.89的星系團進行深度觀測。CLASH星系團樣本可分成兩大類，其中20個星系團是基于它們的X射線的表面亮度選擇的，其余5個星系團是因它們具有相對較大的愛因斯坦半徑而選擇的（Postman et al.2012）。CLASH巡天耗時三年（2010—2013）利用哈勃空間望遠鏡的第三代廣域照相機（WFC3）和先進巡天照相機（ACS）的從紫外、可見光、至近紅外共16個波段對25個星系團進行深度觀測。

在這項工作中，由于星系團MACS1931.8-2635和MACS0717.5+3745沒有測定的質量，因此，把其它23個星系團作為研究樣本（詳見Postman et al.2012）。樣本星系團的紅移取自Postman et al.（2012）。星系團的質量是根據(jù)引力透鏡性質計算得到的。星系團中心區(qū)域的熵值選自ACCEPT（Cavanolo et al. 2009）。中心熵值K0用公式（1）計算：

（1）

其中：TX為溫度；ne為電子數(shù)密度。最亮團星系的恒星形成率（SFR）是利用靜止參考系下紫外光度，采用Kennicutt關系（公式2；Kennicutt 1998）計算得到（Donahue et al.2015）。

（2）

其中：LUV為靜止參考系下的紫外光度。最亮團星系的恒星質量選自Burke et al.（2015），是基于對多波段觀測數(shù)據(jù)組成的光譜能量分布（Spectral Energy Distribution）做最佳擬合得到。

2 結果與分析

星系恒星形成率（SFR）間的關系，實心點的顏色表征最亮團星系的恒星形成率的大小。圖1右幅：最亮團星系的恒星形成率（SFR）與其恒星質量（BCG mass）間的關系。

圖1左幅給出了23個樣本星系團的質量（cluster mass， Mcluster）、中心區(qū)域的熵（K0）及其最亮團星系的恒星形成率（SFR）之間關系。其中實心點的顏色表征最亮團星系的恒星形成率的大小，紅色的水平虛線標明中心區(qū)域熵值K0=30 kev cm2，豎直虛線標明星系團質量為Mcluster =1.5×1015M⊙，黑色的實線則是對星系團的質量與中心區(qū)域的熵的線性擬合（K0=1.29M-17.84， Spearman Rank Order相關分析給出的相關系數(shù)為0.63，表明相關性很強）。從圖1左幅圖中可以看出星系團的質量、中心區(qū)域的熵及最亮團星系的恒星形成率彼此間具有很好的相關：統(tǒng)計上星系團的質量越小，其中心區(qū)域的熵也越低，而其中的最亮團星系的恒星形成率也越高。圖1右幅給出了最亮團星系的恒星形成率與其自身恒星質量（BCG mass，M*，BCG）間的關系。Spearman Rank Order相關分析給出的相關系數(shù)為0.21，表明相關性較弱。這些研究結果表明：在中等紅移，具有明顯恒星形成活動的最亮團星系通常處在中心低熵、低溫的冷核星系團中。這些造成這些最亮團星系的恒星形成活動的冷氣體來源于其宿主星系團內的熱氣體冷卻，而不是星系本身。這些中等紅移最亮團星系的恒星形成性質與鄰近最亮團星系的性質基本一致。

3 結語

該文利用哈勃空間望遠鏡的CLASH巡天觀測數(shù)據(jù)，探討了中等紅移的、具有明顯恒星形成活動的最亮團型星系的冷氣體的可能來源。研究結果表明：最亮團星系的恒星形成率與其宿主星系團的質量、中心區(qū)域的熵值存在明顯的相關性：質量越小、中心區(qū)域熵值越低的星系團中其最亮團星系的恒星形成率越高，而與最亮團星系本身的物理性質（如恒星質量）幾乎不存在相關。研究結果意味著：造成中等紅移最亮團星系中的恒星形成活動的冷氣體來源于其宿主星系團內的熱氣體冷卻，而不是星系本身。

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