[論文レビュー] Strong lensing in the MareNostrum Universe: biases in the cluster lens population

M. Meneghetti, C. Fedeli+3 more|Mar 23, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 50

ひとこと要約

本研究では、MareNostrum Universe N体/流体力学的シミュレーションを用いて、強力レンズ効果を示す銀河団における選択バイアスを調査した。強力レンズ効果を示す銀河団は、一般的な団と比較して、系統的に質量が大きく、動的活動性が高く、X線放射が強く、視線方向に偏って整列していることが判明した。これは、投影されたデータから推定される濃度や質量にバイアスをもたらす。

ABSTRACT

Strong lensing is one of the most direct probes of the mass distribution in the inner regions of galaxy clusters. It can be used to constrain the density profiles and to measure the mass of the lenses. Moreover, the abundance of strong lensing events can be used to constrain the structure formation and the cosmological parameters through the so-called "arc-statistics" approach. However, several issues related to the usage of strong lensing clusters in cosmological applications are still controversial, leading to the suspect that several biases may affect this very peculiar class of objects. With this study we aim at better understanding the properties of galaxy clusters which can potentially act as strong lenses. We do so by investigating the properties of a large sample of galaxy clusters extracted from the N-body/hydrodynamical simulation MareNostrum Universe. We explore the correlation between the cross section for lensing and many properties of clusters, like the mass, the three-dimensional and projected shapes, their concentrations, the X-ray luminosity and the dynamical activity. We find that the probability of strong alignments between the major axes of the lenses and the line of sight is a growing function of the lensing cross section. In projection, the strong lenses appear rounder within R200, but we find that their cores tend to be more elliptical as the lensing cross section increases. We also find that the cluster concentrations estimated from the projected density profiles tend to be biased high. The X-ray luminosity of strong lensing clusters is higher than that of normal lenses of similar mass and redshift. This is particular significant for the least massive lenses. Finally, we find that the strongest lenses generally exhibit an excess of kinetic energy within the virial radius, indicating that they are more dynamically active than usual clusters.

研究の動機と目的

• 強力レンズ効果を示す銀河団の固有の性質を理解すること。
• 観測された強力レンズ効果を示す銀河団の集団に影響を与える選択バイアスを特定すること。
• 視線方向の配置、動的活動性、X線放射の明るさがレンズ断面積にどのように相関するかを定量化すること。
• これらのバイアスが宇宙論的研究における推定された銀河団の濃度や質量に与える影響を評価すること。
• 強力レンズ効果を示す銀河団が一般の団とは代表的かどうか、または顕著にバイアスがかかる部分集合であるかを評価すること。

提案手法

• MareNostrum Universe N体/流体力学的シミュレーションから大規模な銀河団のサンプルを抽出した。
• 各団に対してレイトラスティングシミュレーションを実施し、巨大アーチの強力レンズ断面積を計算した。
• レンズ断面積と団の性質（3次元/2次元の形状、濃度、X線放射、運動エネルギー）との相関を分析した。
• スタックされた質量および赤方偏移のビンを用いて、レンズ効果を示す団の性質と一般の団の集団を比較した。
• 団の主軸と視線方向との一致度を測定することで、配置バイアスを定量化した。
• バーリアリティ平衡からの逸脱と、バーリアリティ半径内での運動エネルギーを用いて、動的活動性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深紫外のハッブル観測で、少なくとも1本の巨大アーチを生成できる最小の団質量は何か？
• RQ2 強力レンズ効果を示す団の3次元的形状は、一般の団と比べてどのように異なるか？
• RQ3 レンズ断面積に与える視線方向の配置の影響はどの程度か？
• RQ4 同質量の非レンズ効果を示す団と比較して、強力レンズ効果を示す団の投影された濃度とX線放射の明るさはどのように異なるか？
• RQ5 動的活動性と銀河団の強力レンズ効果の効率との間にどのような関係があるか？

主な発見

• 深紫外のハッブル観測で少なくとも1本の巨大アーチを生成できる最小の団質量は約 2 × 10¹⁴ h⁻¹ M☉ である。
• 強力レンズ効果を示す団は、3次元的に三軸性が著しく高いとは見られないが、視線方向に主軸が強く整列している。
• R₂₀₀内では配置バイアスにより投影された団の形状がより丸く見えるが、中心部の質量分布は、高レンズ断面積を持つ団ではより楕円形である。
• 視線方向の整列と長軸三軸モデルの両方が原因で、最も効率の良いレンズでは、投影された濃度が最大で2倍まで過剰に推定される。
• 同じ質量の条件下で、強力レンズ効果を示す団は、一般的な団よりもX線放射が明るく、特に低質量領域で顕著である。これはX線放射の明るさとレンズ効果の効率との間に物理的関係がある可能性を示唆する。
• 最も強力なレンズでは、バーリアリティ平衡からの著しい逸脱が観測され、運動エネルギーが高く、動的活動性が強いことが示され、進行中の衝突や小団体の吸着と整合的である。