[論文レビュー] Clusters and superclusters of galaxies

Neta A. Bahcall|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 1996

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、銀河団およびスーパークラスタの性質をレビューし、ダークマター、宇宙論、大規模構造の探査におけるそれらの役割に焦点を当てる。光学的、X線的、動力学的データを用いて、団の質量対光度比と速度分散が高密度の物質を示しており、標準的宇宙論モデルに挑戦するものであり、大規模流れの測定と質量分布における未解決の矛盾を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

Rich clusters of galaxies are the most massive virialized systems known. Even though they contain only a small fraction of all galaxies, rich clusters provide a powerful tool for the study of galaxy formation, dark matter, large-scale structure, and cosmology. Superclusters, the largest known systems of galaxies, extend to (approx) 100h^{-1} Mpc in size and highlight the large-scale structure of the universe. This large-scale structure reflects initial conditions in the early universe and places strong contraints on models of galaxy formation and on cosmology. Some of the questions that can be addressed with clusters and superclusters of galaxies include: How did galaxies and larger structures form and evolve? What is the amount, composition, and distribution of matter in clusters and larger structures? How does the cluster mass density relate to the matter density in the universe? What constraints can the cluster and supercluster data place on cosmology? I will discuss in these lectures some of the properties of clusters and superclusters of galaxies that can be used to investigate these topics.

研究の動機と目的

• 銀河団およびスーパークラスタに関する観測的・理論的知見を統合し、宇宙論的モデルを制約すること。
• 動力学的およびX線的測定を用いて、団内におけるダークマターの分布と性質を調査すること。
• 団およびスーパークラスタの性質が物質密度パラメータ (Ωm) および宇宙の大規模構造に与える影響を評価すること。
• 標準的宇宙論的シミュレーションに挑戦する、観測された特異速度および大規模流れにおける未解決の不一致を特定すること。
• 今後の観測的および理論的研究のための、団およびスーパークラスタ天文学における主要な未解決問題を概説すること。

提案手法

• 団の豊かさ、速度分散、空間的クラスタリングを特定するため、光学的赤方偏移サーベイおよび銀河の光度関数を用いる。
• 動的平衡を仮定して、銀河の視線方向速度分散から団質量を推定するため、Virial定理を適用する。
• X線の放射度および温度測定を用いて、ホットな団内物質の熱的性質および質量を推定する。
• 観測された団の質量対光度比 (M/L ~ 300h M☉/L☉) を理論的期待値と比較し、ダークマターの優位性を推論する。
• 大規模重力ポテンシャルおよび大規模流れを調べるために、団相関関数および速度相関関数を分析する。
• 宇宙論的シミュレーション (例：CDMモデル) を用いて、予測された特異運動および質量分布を観測データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団内における質量（ダークマターを含む）の分布は、光およびホットガスの分布とどのように異なるか？
• RQ2 観測された特異速度および大規模流れは、Ωm = 1 および Ωm ≈ 0.3 のコールドダークマターモデルの予測とどのように比較されるか？
• RQ3 団のバリオン分率およびX線的性質は、宇宙論的物質密度および銀河形成モデルにどのような制約を課えるか？
• RQ4 なぜ観測では高エネルギーの団がほとんど見られず、Ωm = 1 CDMモデルの予測と矛盾するのか？
• RQ5 スーパークラスタの真の形状および質量分布は何か？また、それらは大規模構造および宇宙論的パラメータにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 豊富な団では、典型的な速度分散が約750 km s⁻¹であり、1.5 h⁻¹ Mpcの範囲内で動力学的質量が約5 × 10¹⁴ h⁻¹ M☉に達することが示唆される。
• 団の質量対光度比は約300h M☉/L☉であり、これはダークマターが質量予算を支配していることを示している。
• 団のX線放射度は約10⁴².⁵から10⁴⁵ erg s⁻¹の範囲にあり、温度は2から14 keVの間であり、静的平衡にあるホットプラズマと整合的である。
• 観測された団の特異速度関数には、高エネルギー尾が存在せず、Ωm = 1 CDMモデルの予測と矛盾している。
• 5 h⁻¹ Mpcスケールにおけるペアワイズの団速度は、Ωm = 1 CDMでは約1700 km s⁻¹だが、Ωm ≈ 0.3 CDMでは約700 km s⁻¹にとどまり、モデル依存性が顕著に現れている。
• 150 h⁻¹ Mpcスケールで観測された大規模な大規模流れは約689 ± 178 km s⁻¹であり、すべてのテストされたモデルの予測値（約200 km s⁻¹）を著しく上回っている。