[論文レビュー] Cosmology with Sunyaev-Zeldovich observations from space

N. Aghanim, A. De Luca+3 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 1997

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、将来的な宇宙望遠鏡によるマイクロ波サーベイが、太陽系・ゼルドビッチ（SZ）効果を用いて銀河団を検出するための宇宙論的潜在能力を評価する。Comptonパラメータ $y$ および銀河団の運動による温度非等方性 $ abla T/T$ とCMBの一次非等方性のシミュレーテッドマップを用い、COBRAS/SAMBA機器仕様に基づく観測モデルを構築し、前景汚染および一次CMBフラクチュエーションが存在するにもかかわらず、SZ信号がマイクロ波天の上から信頼性高く抽出可能であることを示している。

ABSTRACT

In order to assess the potential of future microwave anisotropy space experiments for detecting clusters by their Sunyaev-Zeldovich (SZ) thermal effect, we have simulated maps of the large scale distribution of their Compton parameter $y$ and of the temperature anisotropy $ΔT/T$ induced by their proper motion. Our model is based on a predicted distribution of clusters per unit redshift and flux density using a Press-Schecter approach. These maps were used to create simulated microwave sky by adding them to the microwave contributions of the emissions of our Galaxy and the primary Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies. In order to simulate measurements representative of what current technology should achieve, ``observations'' were performed according to the instrumental characteristics of the COBRAS/SAMBA space mission. We then analyzed the resulting $y$ and $ΔT/T$ maps which now include both the primary anisotropies and those superimposed due to cluster motions.

研究の動機と目的

• 将来の宇宙ベースのマイクロ波サーベイにおいて、銀河団の熱的サニヤエフ＝ゼルドビッチ（SZ）効果を用いた検出可能性を評価すること。
• プレス＝シェクター・アプローチを用いて、赤方偏移およびフラックス密度分布を予測する銀河団の大規模分布をモデル化すること。
• 一次CMB非等方性、銀河平面の放射、および銀河団からのSZ信号を組み合わせることで、全天のシミュレーテッドマイクロ波天を再構築すること。
• COBRAS/SAMBAミッションを代表する現実的な機器条件のもとで、SZ信号の検出可能性を評価すること。
• 銀河団の固有運動が観測された $\nabla T/T$ 非等方性に与える影響を分析し、一次CMBフラクチュエーションから分離可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 赤方偏移およびフラックス密度ごとの銀河団の豊度をモデル化するため、プレス＝シェクター質量関数を用いて全天にわたるComptonパラメータ $y$ 分布をシミュレートした。
• 銀河団の固有速度に起因する運動的SZ効果によって生じる温度非等方性マップ $\nabla T/T$ を生成した。
• $y$ マップと $\nabla T/T$ マップを、一次CMB非等方性および銀河平面のマイクロ波放射と組み合わせ、完全な全天のシミュレーテッドマイクロ波天を構築した。
• COBRAS/SAMBAミッションを模倣する機器応答関数を適用し、現実的な観測条件をシミュレートした。
• シミュレーテッド $y$ マップおよび $\nabla T/T$ マップに対して統計的解析を実施し、SZ信号の検出可能性および一次CMBおよび銀河平面成分からの分離可能性を評価した。
• ノイズおよび混在の影響を評価するため、モンテカルロ法を用いて信号対雑音比および源抽出性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の宇宙ベースのマイクロ波サーベイは、十分な感度を備えており、熱的SZ効果を用いて銀河団を検出可能だろうか？
• RQ2 銀河団の固有運動は、観測された $\nabla T/T$ 非等方性にどのように寄与するか？また、それらは一次CMBフラクチュエーションから分離可能だろうか？
• RQ3 銀河平面放射および一次CMB非等方性は、シミュレーテッド観測におけるSZ信号にどの程度の汚染を引き起こすか？
• RQ4 COBRAS/SAMBAに類似したミッション構成において、SZ銀河団の検出に期待される信号対雑音比はどの程度か？
• RQ5 SZ観測から得られる銀河団の分布は、$\Omega_0$ および $\sigma_8$ のような宇宙論的パラメータを制約するために有用だろうか？

主な発見

• シミュレーテッドCOBRAS/SAMBAに類似した観測では、$y$-マップにおいて多数のSZ銀河団が回復された。これは、宇宙空間からの熱的SZ効果による銀河団検出の実現可能性を示している。
• 銀河団の固有速度に起因する運動的SZ寄与は、測定可能な $\nababla T/T$ 非等方性を引き起こし、一次CMBフラクチュエーションとは明確に異なるものであり、適切なモデル化により分離可能である。
• 銀河平面および一次CMB成分を含めても、強力なSZ信号の検出可能性は著しく低下せず、源抽出技術を適用すれば問題ない。
• シミュレーテッドマップから、赤方偏移 $z \sim 0.5-1.0$ の中間領域で、銀河団検出が最も効果的であることが判明した。これは、最適な銀河団密度とフラックスに起因する信号対雑音比のピークが現れるためである。
• 一次CMBおよび銀河平面放射による混在が存在する中でも、$y$-パラメータは銀河団検出の頑健な観測量であることが確認された。
• 今後の宇宙ミッションがCOBRAS/SAMBAと同等の感度を備えていれば、SZ観測により宇宙論的に有用な銀河団カタログを提供できる可能性がある。