[論文レビュー] Gravitational `Convergence' and Cluster Masses

Tom Broadhurst|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 1995

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、レンズ効果を受ける銀河における色依存の拡大率バイアスを活用して、重力収束とクラスタ質量を測定する手法を提案する。背景銀河の赤方偏移に依存する色分布を用いることで、高解像度を必要とせず、複雑なモデル化を伴わずに弱レイトリングデータから収束を分離可能となり、モデルに依存しない質量推定が可能になる。

ABSTRACT

Two colour photometry of the cluster A1689 reveals a `relative magnification-bias' between lensed blue and red background galaxies, arising from a dependence of the faint galaxy count-slope on colour. The colour distribution is skewed blueward of the far field, allowing us to measure the cluster magnification and to understand the notorious blueness of large arcs. We show that the magnification information can be combined with the usual image distortion measurements to isolate the local `convergence' component of lensing and hence derive the projected mass. This is achieved through a simple local relation between the convergence and the observables, which can be applied generally over the surface a cluster. In the weak lensing limit, the convergence reduces to a dependence on the magnification alone, so that in the outskirts of clusters the surface-density of matter is obtained directly from the surface-density of background galaxies. Hence, useful lensing work requires colour information but not necessarily good seeing. Interestingly, convergence varies slowly at high redshift, saturating at a level depending on the Horizon distance, allowing a useful model-independent measurement of the Global Geometry.

研究の動機と目的

• 弱レイトリングデータを用いて銀河クラスタにおける重力収束を測定する課題に対処すること。
• 高解像度画像と複雑なモデリングを要する従来のレイトリング手法の限界を克服すること。
• 色情報を利用して拡大率効果から収束を分離する手法を開発すること。
• 高解像度画像を必要とせず、銀河の数と色のみを用いてクラスタの外縁部における表面質量密度を直接測定すること。
• 高赤方偏移における収束を用いて、グローバル幾何学をモデルに依存しないプローブで提供すること。

提案手法

• 銀河クラスタA1689の背景銀河における二色画像測光を用いて、色依存の拡大率バイアスを検出する。
• やや赤方偏移の高い背景銀河の色分布に青方向へのずれを特定し、拡大率バイアスを示す。
• 収束と観測可能な拡大率および色の間の局所的関係を導出し、クラスタ表面全域で有効であることを示す。
• この関係を弱レイトリング限界に適用し、収束が拡大率のみに依存するよう単純化し、質量再構築を容易にする。
• 収束測定値と標準的な画像歪みデータを組み合わせ、投影された質量分布を分離する。
• 色情報のみで良好な視界条件がなくても表面質量密度を推定可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色情報を利用することで、弱重力レイトリングにおいて歪みとは独立して収束を測定できるか？
• RQ2 背景銀河の拡大率バイアスは、その色および赤方偏移にどのように依存するか？
• RQ3 高解像度画像を必要とせず、銀河の数と色のみを用いて表面質量密度を直接導出できるか？
• RQ4 高赤方偏移における収束の振る舞いは何か？ また、グローバル幾何学に制約を与えることができるか？
• RQ5 青銀河と赤銀河の相対的な拡大率バイアスは、アーク形成およびクラスタ質量推定にどのように影響するか？

主な発見

• 微弱銀河のカウント勾配の色依存性により、青および赤背景銀河間の相対的拡大率バイアスが検出された。
• 遠方領域における背景銀河の色分布は青方向にずれており、拡大率および収束の測定が可能である。
• 収束と観測可能な量（拡大率および色）との間の単純な局所的関係を用いることで、収束をクラスタ表面全域で分離可能である。
• 弱レイトリング領域では、収束が拡大率のみの関数に簡略化され、銀河の数から表面質量密度を直接測定可能である。
• 高赤方偏移では収束がゆっくりと変化し、ホライズン距離に依存するレベルに飽和するため、グローバル幾何学をモデルに依存しないプローブとして提供する。
• 本手法により、高空間解像度を必要とせず、色情報と銀河の数のみに依存して正確なクラスタ質量測定が可能になる。