[論文レビュー] Detection of a filament connected to CL0016 with weak gravitational lensing

Yuichi Higuchi, Masamune Oguri+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、深紫外・可視光画像を用いたスバル/スープリーム・カメラの観測データを活用し、銀河団CL0016とRX J0018を結ぶ宇宙のスケールファイバー構造の弱引力レンズ効果による検出を報告する。背景減算手法を2つ独立して適用してスケールファイバーのレンズシグナルを分離した結果、表面質量密度は $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$ と測定され、2σ以上の有意性を確認した。これにより、大規模構造形成の新しいプローブが得られた。

ABSTRACT

We report on the weak lensing detection of a filament between two galaxy clusters at $z=0.55$, CL0015.9+1609 and RX J0018.3+1618. We conduct weak lensing analysis of deep multi-band Subaru/Suprime-Cam images with $Lensfit$. The weak lensing signals from the filament are contaminated by signals from the adjacent massive clusters and we statistically subtract the cluster component using two different methods. Both methods yield consistent shear profiles on the filament with $\gtrsim2σ$ significance and the average surface mass density of the filament is $=(3.20\pm0.10) imes10^{14}h$ M$_\odot$Mpc$^{-2}$, which is in broad agreement with previous studies. On-going surveys such as Hyper Suprime-Cam will identify more filaments, which will serve as a new probe of structure formation in the Universe.

研究の動機と目的

• 銀河団CL0016とRX J0018を結ぶスケールファイバーの検出を、弱引力レンズ効果を用いて行う。
• 巨大な前方にある銀河団によるレンズシグナルの汚染を回避するため、2つの統計的手法によるバックグラウンド減算技術を開発・適用する。
• スケールファイバーの投影表面質量密度を測定し、理論的予測および先行研究と比較する。
• 複数の除外領域定義を用いて、接線方向およびクロスシアーのプロファイルを用いてスケールファイバー検出の有意性を検証する。
• 弱レンズ効果が、大規模宇宙におけるフィラメント構造を研究する強固なプローブとして実現可能であることを示す。

提案手法

• スバル/スープリーム・カメラによる深紫外・可視光マルチバンド画像を用い、光度赤方偏移を用いて背景銀河を選別した。
• レンズシフトソフトウェア $\text{Lensfit}$ を用いて銀河の楕円率を測定し、縮小シアー $\mathbf{g} = \gamma / (1 - \kappa)$ を推定した。
• レンズシアーから収束マップを構築し、スケールファイバーの投影質量分布を再構築した。
• 2通りのバックグラウンド減算手法を用いた：(1) 銀河団の最良適合NFWプロファイルを差し引く方法、(2) スケールファイバーの反対側からのシアープロファイルを差し引く方法。
• 銀河団の周囲に $r_{\text{vir}}$ を用いて除外領域を定義し、銀河団の汚染をスケールファイバー信号に最小限に抑えた。
• 一定の収束プロファイルを仮定した解析的モデルで接線シアープロファイルをフィットし、単純化のため $\theta_c = 2$ アークミンを固定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 $z = 0.55$ の2つの銀河団を結ぶスケールファイバーは、巨大銀河団による汚染を受けても、弱引力レンズ効果によって信頼性高く検出可能か？
• RQ2 異なるバックグラウンド減算手法は、スケールファイバーのレンズシグナルの信頼性および有意性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 スケールファイバーの投影表面質量密度はどの程度か？ また、$\Lambda$CDMシミュレーションの予測や先行の弱レンズ効果研究と比較するとどうなるか？
• RQ4 測定されたシアープロファイルは、帰無仮説からどの程度逸脱しているか？ これは統計的に有意な検出を示唆するか？
• RQ5 弱レンズ効果によるスケールファイバーの観測は、$\Lambda$CDMフレームワークにおける構造形成モデルの検証に実用的なプローブとして機能可能か？

主な発見

• 除外領域の定義やバックグラウンド減算手法にかかわらず、スケールファイバーのレンズシグナルはすべて $\geq 2\sigma$ の有意性で検出された。
• スケールファイバーの平均表面質量密度は $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$ と測定され、先行の弱レンズ効果研究と整合的であった。
• CL0016の準拡散質量および濃度は、それぞれ $M_{\text{vir}} = (2.09^{+0.10}_{-0.21}) \times 10^{15}h^{-1}M_\odot$ および $c_{\text{vir}} = 5.56^{+0.63}_{-0.79}$ と推定された。
• RX J0018の準拡散質量および濃度は、それぞれ $M_{\text{vir}} = (4.51^{+1.13}_{-1.05}) \times 10^{14}h^{-1}M_\odot$ および $c_{\text{vir}} = 4.61^{+1.90}_{-1.35}$ と推定された。
• スケールファイバーの接線シアープロファイルは、シミュレーションの期待値と整合的であり、顕著なクロスシアー信号は観測されず、レンズシグナルがスケールファイバー軸に沿っていることが確認された。
• 収束マップから2つの銀河団の間の明確な質量ブリッジが観測され、それらを結ぶフィラメント構造の存在を支持する結果となった。