[論文レビュー] AMiBA Observations, Data Analysis and Results for Sunyaev-Zel'dovich Effects

Jiun-Huei Proty Wu, Ho, P. T. P.+29 more|ArXiv.org|Oct 6, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、AMiBA電波干渉計を用いて3-mm帯で太陽・ゼルドービッチ効果（SZE）を初めて成功裏に検出するものであり、7要素構成で6個の銀河団を観測した。研究では高精度なデータ解析手法を提示し、惑星を用いた校正によりシステム性能を検証し、一貫性のあるSZEの振幅と宇宙論的制約を報告している。特に平坦な $ \Lambda $CDMモデルにおいて、ハッブル定数の推定値として $ H_0 = 50^{+16+18}_{-16-23}~{\rm km}~{\rm s}^{-1}~{\rm Mpc}^{-1} $ を得た。

ABSTRACT

We present observations, analysis and results for the first-year operation of AMiBA, an interferometric experiment designed to study cosmology via the measurement of Cosmic Microwave Background (CMB). AMiBA is the first CMB interferometer operating at 3 mm to have reported successful results, currently with seven close-packed antennas of 60-cm diameter giving a synthesized resolution of around 6'. During 2007 AMiBA detected the Sunyaev-Zel'dovich effects (SZE) of six galaxy clusters at redshift 0.091 <= z <= 0.322. An observing strategy with on-off-source switching is used to minimize the effects from electronic offset and ground pickup. Planets were used to test the observational capability of AMiBA and to calibrate the conversion from correlator time-lag data to visibilities. The detailed formalism for data analysis is given. We summarize our early tests including observations of planets and quasars, and present images, visibility profiles, the estimated central coordinates, sizes, and SZE amplitudes of the galaxy clusters. Science results are summarized. We also discuss possible systematic effects in the results.

研究の動機と目的

• 3-mm帯での太陽・ゼルドービッチ効果（SZE）を、コンactな7要素のCMB干渉計を用いて検出する可能性を示すこと。
• オフ・オン・ソーススイッチング、惑星校正、可視性解析を用いてAMiBA機器の性能を検証すること。
• 赤移 $ 0.091 \leq z \leq 0.322 $ の6個の銀河団について、SZEの振幅、クラスターサイズ、中心座標を測定すること。
• ハッブル定数や統合コンプトンパラメータ $ Y_{2500} $ などの宇宙論的制約を導出すること。
• X線観測および他のCMB観測と比較することで、スケーリング関係や系誤差の検証を行うこと。

提案手法

• 地上の雑音や電子的オフセットを低減するため、オフ・オン・ソーススイッチングを用いて可視性測定を行った。
• 惑星（例：木星）を校正源として用い、相関器の時間遅れデータを校正済み可視性に変換した。
• X線で得られたパラメータを用いた球対称等温 $ \beta $-モデルを用いてクラスターラジエーションをモデル化し、SZEの正規化を校正した。
• 7要素の干渉計アレイを用い、約6'の合成ビームで可視性プロファイルのフィッティングと画像再構成を実施した。
• スバル弱レントゲン観測データと共同解析を行い、クラスターマスプロファイルとバリオン分率の妥当性を検証した。
• ビーム応答、指向誤差、システム安定性を考慮したデータ解析の形式を用い、これらがすべて無視できる程度に小さいことが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3-mm帯のCMB干渉計としてのAMiBAは、銀河団における太陽・ゼルドービッチ効果を成功裏に検出できるか？
• RQ2 AMiBAが測定したSZEの振幅は、30 GHzおよび145 GHz帯で観測した他の機器の測定値とどのように比較できるか？
• RQ3 AMiBAのSZE測定値は、弱レントゲンレンズ効果データやX線スケーリング関係とどの程度整合するか？
• RQ4 平坦な $ \Lambda $CDMモデルにおけるAMiBAのSZE測定から得られるハッブル定数の精度と信頼性はどの程度か？
• RQ5 ビーム応答や指向誤差などの系誤差が最終的なSZE測定に及ぼす影響は何か？ また、それらはどのように低減されたか？

主な発見

• AMiBAは、7要素構成を用いて3mm帯で、赤移が0.091から0.322の間の6個の銀河団におけるSZEを成功裏に検出した。
• 平坦な $ \Lambda $CDM宇宙論モデル（$ \Omega_m = 0.3 $、$ \Omega_\Lambda = 0.7 $）において、ハッブル定数は $ H_0 = 50^{+16+18}_{-16-23}~{\rm km}~{\rm s}^{-1}~{\rm Mpc}^{-1} $ と推定された。
• A1689、A2142、A2261、A2390の $ Y_{2500} $ が測定され、X線およびOVRO/BIMAの結果と整合的であったが、145 GHz帯のSuZIE IIと比べて系的に低めに推定された。
• $ Y_{2500} $ とX線から得られる性質（温度、質量、輝度）とのスケーリング関係は、自己相似モデルの予測と整合的であった。
• スバル弱レントゲン観測データと共同解析した結果、$ f_{\rm b}(<r_{200}) = 0.133 \pm 0.027 $ のバリオン分率が得られ、これはクラスタのホット相に22 ± 16%のバリオンが欠落していることを示唆した。
• 指向誤差やビーム応答といった系誤差は無視できる程度に小さく、AMiBA機器およびデータ解析パイプラインの信頼性が確認された。