[論文レビュー] The 400d Galaxy Cluster Survey weak lensing programme: III: Evidence for consistent WL and X-ray masses at $z\approx 0.5$

H. Israel, T. H. Reiprich+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 94被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、z ≈ 0.5 の8つの銀河団について、MMT/Megacam による画像観測と Chandra X線データを用いて弱リムジング（WL）質量と X線質量推定値を調査した。WL と X線質量の間には優れた一致が確認され、サンプル全体で顕著なバイアスは認められず、低質量銀河団では X線質量の過剰推定の 2σ の兆候のみが見られ、Planck 結果が示唆する 40% の X線質量バイアスとは矛盾する。

ABSTRACT

Scaling properties of galaxy cluster observables with mass provide central insights into the processes shaping clusters. Calibrating proxies for cluster mass will be crucial to cluster cosmology with upcoming surveys like eROSITA and Euclid. The recent Planck results led to suggestions that X-ray masses might be biased low by $\sim\!40$ %, more than previously considered. We extend the direct calibration of the weak lensing -- X-ray mass scaling towards lower masses (as low as $1\! imes\!10^{14}\,\mathrm{M}_{\odot}$) in a sample representative of the $z\!\sim\!0.4$--$0.5$ population. We investigate the scaling of MMT/Megacam weak lensing (WL) masses for $8$ clusters at $0.39\!\leq\!z\!\leq\!0.80$ as part of the \emph{400d} WL programme with hydrostatic extit{Chandra} X-ray masses as well as those based on the proxies, e.g. $Y_{\mathrm{X}}\!=\!T_{\mathrm{X}}M_{\mathrm{gas}}$. Overall, we find good agreement between WL and X-ray masses, with different mass bias estimators all consistent with zero. Subdividing the sample, we find the high-mass subsample to show no significant mass bias while for the low-mass subsample, there is a bias towards overestimated X-ray masses at the $\sim\!2σ$ level for some mass proxies. The overall scatter in the mass-mass scaling relations is surprisingly low. Neither observation can be traced back to the parameter settings in the WL analysis. We do not find evidence for a strong ($\sim\!40$ %) underestimate in the X-ray masses, as suggested to reconcile Planck cluster counts and cosmological constraints. For high-mass clusters, our measurements are consistent with studies in the literature. The mass dependent bias, significant at $\sim\!2σ$, may hint at a physically different cluster population (less relaxed clusters with more substructure and mergers); or it may be due to small number statistics.

研究の動機と目的

• z ≈ 0.5 における X線質量プロキシの弱リムジング質量に対するキャリブレーションを、低質量域（約 1×10¹⁴ M☉）まで拡張すること。
• Planck のクラスターカウントが示唆するように、X線質量が約 40% 低く推定されているかどうかを検証すること。
• 直接的な WL 比較を用いて、非平衡状態または低質量のクラスタにおける X線質量推定値の信頼性を評価すること。
• 高赤方偏移域における WL–X線質量スケーリング関係の散らばりと系外要因を評価すること。
• 低質量・高赤方偏移クラスタに質量依存バイアスが現れるかどうかを特定すること。

提案手法

• 400d ギャラクシークラスタースケージャーに属する 8 クラスタについて、MMT/Megacam による深紫外画像を用いて弱リムジング質量を測定した（0.39 ≤ z ≤ 0.80）。
• Chandra 観測による静的平衡 X線質量と、YX = TXMgas などのプロキシとを WL 質量と比較した。
• 相関効果を最小限に抑えるために、固定された物理的半径（r500）内での質量スケーリング関係を分析した。
• サンプルを低質量および高質量サブサンプルに分割し、質量依存バイアスの有無をテストした。
• WL および X線質量推定値の散らばりと系外要因を、希釈および源の赤方偏移分布を考慮して評価した。
• 外部サンプル（例：Mahdavi et al. 2013, Foëx et al. 2012）とのクロスバリデーションにより、一貫性と代表性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0.5 において、弱リムジング質量と X線質量推定値の間に顕著なバイアスが存在するか？
• RQ2 Planck クラスターカウントが示唆するように、X線質量が真のクラスタ質量を約 40% 低く推定しているか？
• RQ3 z ≈ 0.5 の低質量クラスタ（M ~ 1×10¹⁴ M☉）に質量依存バイアスが存在するか？
• RQ4 WL–X線質量スケーリング関係の驚くほど低い散らばりの原因は何か？
• RQ5 弱リムジング解析の系外要因やクラスタの部分構造が、低質量クラスタの偏差を説明できるか？

主な発見

• 全サンプル全体で、弱リムジング質量と X線質量の間には顕著な質量バイアスは認められず、すべてのバイアス推定器がゼロに一致している。
• 低質量サブサンプルでは X線質量の過剰推定の 2σ の兆候が確認され、可能ないくつかの質量依存バイアスの兆候である。
• WL–X線質量スケーリング関係の全体的な散らばりは顕著に低く、WL 分析の系外要因や質量範囲の違いに起因するものではない。
• 400d サンプルは z≈0.4–0.5 のクラスタ集団を代表しており、顕著な赤方偏移依存トレンドは示さない。
• 40% の X線質量低減仮説は、高質量クラスタや全体で顕著なバイアスが認められないことから、疑わしいものである。
• 低質量クラスタで観測された質量依存バイアスは、部分構造の増加や合体活動に起因するか、少数統計の影響である可能性がある。