[論文レビュー] Cosmological Implications and Physical Properties of an X-Ray Flux-Limited Sample of Galaxy Clusters

T. H. Reiprich|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 263被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ROSAT全天深度サーチから得られた63個の銀河団のフラックス制限付きX線サンプル（HIFLUGCS）を用いて、宇宙論的パラメータを制約する。深いX線観測と質量関数解析を通じて、Ωₘ = 0.12⁺⁰.⁰⁶₋₀.⁰⁴およびσ₈ = 0.96⁺⁰.¹⁵₋₀.¹²が得られ、宇宙の約90％の質量が団の自己重力的領域外に存在することを示しており、複数の独立した手法で強く整合している。

ABSTRACT

The original abstract significantly exceeds the space available here, so here's a brief summary. The abstract is similar to the abstract of astro-ph/0111285 (ApJ, 567, 716) which describes the X-ray galaxy cluster sample HIFLUGCS, the X-ray luminosity--gravitational mass relation, the cluster mass function, and the derived cosmological constraints. Additionally, the fraction of the total gravitating mass in the universe which is contained in intracluster gas is quantified. Furthermore, physical properties of the cluster sample have been studied and analyses of relations between different cluster parameters (including the gas mass fraction, gas temperature, X-ray luminosity, gas mass, gravitational mass, beta, and core radius) are discussed. Also, results from an analysis of XMM-Newton performance verification phase data of Abell 1835 are described.

研究の動機と目的

• フラックス制限付きX線銀河団サンプルを用いて、宇宙における平均物質密度（Ωₘ）を特定すること。
• X線銀河団のスケーリング関係が自己相似モデルおよび流体力学的シミュレーションとどの程度整合するかを検証すること。
• 重力的質量関数から物質密度フラクチュエーションの振幅（σ₈）の制約を導出すること。
• 団および団内ガスに含まれる質量の臨界密度に対する割合を評価すること。
• 質量関数および宇宙論的パラメータ推定における系統的不確実性を評価すること。

提案手法

• ROSAT全天深度サーチから、0.1–2.4 keVバンドにおける2×10⁻¹¹ erg s⁻¹ cm⁻²のフラックス限界を満たすフラックス制限付きX線銀河団サンプル（HIFLUGCS）の構築。
• 深紫外点源XMM-Newton観測を用いて、銀河団の温度を測定し、外側領域における等温ガス仮定の妥当性を検証する。
• 複数の統計的手法を用いてX線輝度–質量および温度–質量関係のフィッティングを行い、散らばりと正規化を定量する。
• 観測された重力的質量関数とPress–Schechter予測を比較し、Ωₘおよびσ₈の制約を求める。
• 質量関数の統合を通じて、臨界密度で正規化した状態での団および団内ガスに含まれる質量の総割合を推定する。
• 核融合理論と組み合わせた、ガス質量分率および質量光度比からの独立した推定を用いたクロスバリデーション。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線銀河団の質量関数から、宇宙における平均物質密度Ωₘはどの程度と推定されるか？
• RQ2 観測されたX線スケーリング関係（L_X–T_X、M_tot–T_X）は、自己相似モデルおよび流体力学的モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ3 宇宙全体の重力的質量のうち、銀河団およびその団内ガスに含まれる割合はどの程度か？
• RQ4 質量関数モデリングおよびシミュレーション比較に起因する系統的不確実性は、宇宙論的パラメータの制約にどのように影響するか？
• RQ5 質量依存の形成赤方偏移や重力以外の物理が銀河団スケーリング関係に影響を与えている証拠はあるか？

主な発見

• HIFLUGCSの重力的質量関数から、90％信頼区間でΩₘ = 0.12⁺⁰.⁰⁶₋₀.⁰⁴およびσ₈ = 0.96⁺⁰.¹⁵₋₀.¹²が得られ、複数の独立した手法で一貫している。
• M_tot–T_X関係は、自己相似モデルの予測よりも急勾配で、正規化値も低く、以前の報告と整合している。
• 銀河団における団内ガス質量分率は温度に依存せず、しかし銀河団群（k_B T_X ≤ 2 keV）では急激に低下する。
• M₂₀₀ > 6.4×10¹³ h₅₀⁻¹ M☉である団に含まれる質量分率はΩ_Cluster = 0.012⁺⁰.⁰⁰³₋₀.⁰⁰⁴であり、これは約90％の質量が自己重力的団領域外に存在することを示唆する。
• 団内ガスの質量分率は非常に小さい：ガス質量が6.9×10¹² h₅₀⁻⁵/² M☉を超える場合、Ω_b,Cluster = 0.0015⁺⁰.⁰⁰⁰²₋₀.⁰⁰⁰¹ h₅₀⁻¹.⁵である。
• 系統的テストの結果、Press–SchechterモデルおよびN体シミュレーションからのずれは統計的不確実性より小さく、宇宙論的制約の妥当性が裏付けられている。