[論文レビュー] AMICO galaxy clusters in KiDS-DR3: cosmological constraints from large-scale stacked weak lensing profiles

C. Giocoli, F. Marulli+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 103被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、KiDS-DR3サーベイの積み重ね弱レンズィング測定を用いて、AMICOで選別された銀河クラスタを用いて宇宙論的パrameterを制約した。2ホールド項をスケールに依存する截断半径でモデル化し、系誤差を考慮した結果、Ω_M = 0.301^{+0.042}_{-0.041}（68%信用区間）が得られ、Planck 2018の結果と整合的であり、モデル仮定に対して頑健であることを示した。また、クラスターレンズィング解析において2h項の適切なモデル化の重要性が強調された。

ABSTRACT

Context. The large-scale mass distribution around dark matter haloes hosting galaxy clusters provides sensitive cosmological information. Aims. In this work, we make use of a large photometric galaxy cluster sample, constructed from the public Third Data Release of the Kilo-Degree Survey, and the corresponding shear signal, to assess cluster masses and test the concordance $Λ$-cold dark matter ($Λ$CDM) model. In particular, we study the weak gravitational lensing effects on scales beyond the cluster virial radius, where the signal is dominated by correlated and uncorrelated matter density distributions along the line-of-sight. The analysed catalogue consists of 6962 galaxy clusters, in the redshift range $0.1 \leq z \leq 0.6$ and with signal-to-noise ratio larger than 3.5. Methods. We perform a full Bayesian analysis to model the stacked shear profiles of these clusters. The adopted likelihood function considers both the small-scale 1-halo term, used primarily to constrain the cluster structural properties, and the 2-halo term, that can be used to constrain cosmological parameters. Results. We find that the adopted modelling is successful to assess both the cluster masses and the total matter density parameter, $Ω_M$, when fitting shear profiles up to the largest available scales of 35 Mpc/h. Moreover, our results provide a strong observational evidence of the 2-halo signal in the stacked gravitational lensing of galaxy clusters, further demonstrating the reliability of this probe for cosmological studies. The main result of this work is a robust constraint on $Ω_M$, assuming a flat $Λ$CDM cosmology. We get $Ω_M = 0.29 \pm 0.02$, estimated from the full posterior probability distribution, consistent with the estimates from cosmic microwave background experiments.

研究の動機と目的

• KiDS-DR3サーベイにおけるAMICOで選別された銀河クラスタの、大規模な積み重ね弱レンズィングプロファイルから宇宙論的制約を導出すること。
• 特に2ホールド項と截断半径のモデル系誤差が、宇宙論的パrameterの回復に与える影響を評価すること。
• 異なる宇宙論的事前分布（Planck18 対 WMAP9）とホール偏見モデル（Tinker, Sheth-Tormen, Sheth et al.）を用いた結果の比較。
• モデル仮定の変化に対する全物質密度パラメータΩ_Mの頑健性を評価すること。

提案手法

• 132 deg²の画像データからのずれ測定を用いて、KiDS-DR3サーベイにおけるAMICOで選別された銀河クラスタの周囲で積み重ね弱レンズィングプロファイルを測定した。
• 2ホールド項は、スケールに依存する截断半径r_tを用いてモデル化され、大規模な物質パワー スペクトルのモデル化における系誤差を許容した。
• ベイズ推論を用いてΩ_Mの事後分布を導出し、事前分布はPlanck 2018宇宙論とTinker et al. (2010)、Sheth & Tormen (1999)、Sheth et al. (2001)のホール偏見モデルに基づいた。
• 系誤差は、異なるr_t値、偏見モデル、宇宙論的事前分布の間での結果比較により定量化された。
• 残留系誤差のテストのため、ランダムな中心周囲の信号を除いたコントロールランを実施した。
• 結果は、赤方偏移ビンごとの事後分布の比較と外部CMB制約（Bennett et al., 2013）との比較により妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2ホールド項における截断半径r_tの選択が、AMICOクラスタの積み重ね弱レンズィングにおける回復Ω_M値にどのように影響するか？
• RQ2 異なるホール偏見モデル（Tinker, Sheth-Tormen, Sheth et al.）が、Ω_Mの事後分布にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 2h項に線形パワー スペクトルを用いる場合、宇宙論的事前分布（Planck18 対 WMAP9）が推定されたΩ_Mにどのように影響するか？
• RQ4 ランダムな中心周囲の2ホールド信号を無視した場合、Ω_M推定にどのような影響が生じるか？
• RQ5 モデル仮定の変化による系誤差のずれが、Ω_M測定の統計的不確実性と比較してどの程度の大きさか？

主な発見

• 全物質密度パラメータはΩ_M = 0.301^{+0.042}_{-0.041}（68%信用区間）に制約され、非常に良い一致でPlanck 2018の値と一致した。
• r_t = 1を用いた場合と参照ケースのr_t = 3を用いた場合とで、Ω_Mに5.6%の系統的ずれが観測された。これは、r_tとΩ_Mの間の強いデゲネラシーを示している。
• WMAP9宇宙論をPlanck18に代えて用いることで、Ω_Mは2%低く推定された。これは、仮定された宇宙論的事前分布に敏感であることを示している。
• Sheth & Tormen偏見モデルを採用した場合、参照のTinkerモデルに比べて平均で3.5%高いΩ_Mが得られた。一方、Sheth et al.モデルでは3.2%低い値が得られた。
• ランダムな中心周囲の信号を除外した場合、Ω_Mは13%低く推定された。これは、積み重ねレンズィング測定における汚染のリスクを強調している。
• r_t、偏見モデル、事前分布からのすべての系統的ずれは、統計的不確実性よりも小さく、主たる結果の頑健性を示している。