[論文レビュー] Constraining Omega with Cluster Evolution

Neta A. Bahcall, X. Fan+1 more|CERN Bulletin|Jun 3, 1997

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、z ≈ 0 から z ≈ 0.5–1 にかけての豊富な銀河団の数密度の進化を用いて、Ω（宇宙質量密度）とσ_8（スペクトル正規化）のデゲネラシーを解消する。観測された団の進化と理論的モデルを比較することで、Ω = 0.3 ± 0.1 および σ_8 = 0.85 ± 0.15 を得た。これは低密度・低バイアスの宇宙を示唆し、宇宙論的モデル選択に影響を及える。

ABSTRACT

We show that the evolution of the number density of rich clusters of galaxies breaks the degeneracy between Omega (the mass density ratio of the universe) and sigma_{8} (the normalization of the power spectrum), sigma_{8}Omega^{0.5} \simeq 0.5, that follows from the observed present-day abundance of rich clusters. The evolution of high-mass (Coma-like) clusters is strong in Omega=1, low-sigma_{8} models (such as the standard biased CDM model with sigma_{8} \simeq 0.5), where the number density of clusters decreases by a factor of \sim 10^{3} from z = 0 to z \simeq 0.5; the same clusters show only mild evolution in low-Omega, high-sigma_{8} models, where the decrease is a factor of \sim 10. This diagnostic provides a most powerful constraint on Omega. Using observations of clusters to z \simeq 0.5-1, we find only mild evolution in the observed cluster abundance. We find Omega = 0.3 \pm 0.1 and sigma_{8} = 0.85 \pm 0.15 (for Lambda = 0 models; for Omega + Lambda = 1 models, Omega = 0.34 \pm 0.13). These results imply, if confirmed by future surveys, that we live in a low-den sity, low-bias universe.

研究の動機と目的

• 団の進化データを用いて、Ωとσ_8のデゲネラシーを解消すること。
• 観測された高質量団の進化を用いて、宇宙質量密度Ωを特定すること。
• 観測された団の数密度のわずかな進化が、高Ωモデルか低Ωモデルのどちらを支持するかを検証すること。
• Λ = 0およびΩ + Λ = 1のモデルにおける宇宙論的パラメータを制約すること。

提案手法

• 異なる宇宙論的モデル（Ω = 1 対 低Ω）における豊富な団の数密度の進化をモデル化すること。
• z ≈ 0.5–1 までの一貫した観測データと理論的予測の進化を比較すること。
• Ω = 1、低σ_8モデル（例：σ_8 ≈ 0.5 の標準的CDM）では高質量団に強い進化が予測されるが、低Ω、高σ_8モデルでは進化が穏やかであることに着目すること。
• 団の進化がΩ–σ_8デゲネラシーを解消できることを診断として用い、より厳密な制約を得ること。
• 観測された団の数を理論的モデルにフィットさせ、Ωおよびσ_8の制約を導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 豊富な団の数密度の進化は、宇宙質量密度Ωをどのように制約するか？
• RQ2 団の進化はΩとσ_8のデゲネラシーを解消できるか？
• RQ3 観測された団の進化（z ≈ 0.5–1まで）と最も一致する宇宙論的モデルは、高Ωか低Ωのどちらか？
• RQ4 Ωが低い場合、銀河形成のバイアスにどのような意味があるか？

主な発見

• 観測された団の数密度は、z ≈ 0 から z ≈ 0.5–1 にかけてわずかな進化しか示さず、Ω = 1、低σ_8モデルで予測される強い進化とは一致しない。
• データは低Ω宇宙を支持し、Λ = 0モデルではΩ = 0.3 ± 0.1が得られた。
• Ω + Λ = 1のモデルでは、Ω = 0.34 ± 0.13が得られた。
• 導出されたσ_8は0.85 ± 0.15であり、標準的CDMの値（約0.5）とは顕著に高い。
• 今後の調査で確認されれば、低バイアス・低密度の宇宙が示唆される。