[論文レビュー] The Dynamics of Groups and Clusters of Galaxies and Links to Cosmology

G. A. Mamon|ArXiv.org|Nov 21, 1995

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、銀河群・銀河クラスタの力学的性質をレビューし、その構造的性質と宇宙論的パラメータを関連づける。光学的、X線的、弱引力レンズ効果の観測データを用いて、急峻な密度プロファイル（r⁻¹に近い傾き）と高い準位構造を特定し、高密度パラメータ（Ω₀ ≳ 0.5）を支持する。また、クラスタが動的には若く、球対称のトッパーハットモデルが、継続的な合体を経ても有効なフレームワークを提供することを示唆する。

ABSTRACT

The links between the internal structure of galaxy groups and clusters and cosmological parameters are reviewed here. The mass density profiles of clusters, inferred from both optical analyses of the galaxy surface number density profile coupled with internal kinematics, and from weak gravitational lensing, appear cuspy with inner density profiles at least as steep as $r^{-1}$, as is expected from high-resolution cosmological $N$-body simulations starting with scale-free or CDM initial conditions. The high level of substructure both in the galaxy distribution and in the diffuse hot gas seen in X-rays is consistent with dynamically young clusters and a cosmological density parameter $Ω_0 \gta 0.5$. Despite the importance of cluster-cluster merging witnessed by these substructures, the spherical top-hat cosmology appears to give good indications of the underlying physics of clusters and groups, including a fundamental evolutionary track in a space of observational parameters for groups. Dynamical processes operating in groups and clusters are reviewed. Previrialization of groups and clusters before their full collapse is not expected on theoretical grounds, and the ensemble of positions of compact groups, relative to the fundamental track is a potentially useful constraint on previrialization.

研究の動機と目的

• 銀河群・クラスタの内部構造と宇宙論的パラメータとの関係を理解すること。
• 観測された準位構造と密度プロファイルが、宇宙論的密度パラメータΩ₀の値を制約する程度を評価すること。
• 継続的な合体がある中でも、球対称トッパーハットモデルがクラスタおよび群の進化を記述する上で有効であるかを評価すること。
• コンパクト群における準位化の役割を、クラスタ形成歴のプローブとして調査すること。
• 光学的、X線的、弱引力レンズ効果の観測データを統合し、力学的および宇宙論的制約を導出すること。

提案手法

• 銀河の表面数密度プロファイルと内部運動を組み合わせ、質量密度プロファイルを推定する。
• 弱引力レンズ測定を用いて質量プロファイルを独立に制約し、cuspy構造を確認する。
• 銀河分布およびX線放射する高温ガスにおける観測された準位構造を、動的若年性の理論的期待と比較する。
• 球対称トッパーハット崩壊モデルを用いて、群・クラスタの進化軌道を観測パラメータ空間で記述する。
• コンパクト群の位置が基本的進化軌道に対してどのように配置されているかを評価し、準位化効果の有無を検証する。
• N体シミュレーションの結果（スケールフリーまたはCDM初期条件）を、観測されたクラスタの形状および力学的性質を解釈するために統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河クラスタにおける質量密度プロファイルの形状は何か？ また、宇宙論的シミュレーションからの予測とどのように比較されるか？
• RQ2 銀河および高温ガスにおける観測された準位構造は、クラスタが動的には若く、進化中であることをどの程度示唆するか？
• RQ3 継続的な合体がある中でも、球対称トッパーハットモデルは群・クラスタの力学的進化を正確に記述できるか？
• RQ4 コンパクト群の位置が基本的進化軌道に対してどのように配置されているかを用いて、準位化の発生をどの程度制約できるか？
• RQ5 光学的、X線的、弱引力レンズ効果のデータの統合から、クラスタ構造に関するどの宇宙論的制約が得られるか？

主な発見

• クラスタ内の質量密度プロファイルはcuspyであり、内側の勾配はr⁻¹に等しいかそれ以上に急で、CDMまたはスケールフリー初期条件を用いた高解像度N体シミュレーションの予測と整合する。
• 銀河分布およびX線放射する高温ガスにおける高い準位構造は、クラスタが動的には若く、Ω₀ ≳ 0.5を支持する。
• 頻繁なクラスタ同士の合体がある中でも、球対称トッパーハットモデルはクラスタおよび群の進化の背後にある物理を合理的に近似できる。
• コンパクト群の集合的配置が基本的進化軌道に対して示す位置関係は、準位化の発生に関する潜在的な制約を提供し、理論的根拠からその発生は予想されないことを示唆する。
• 弱引力レンズ効果により、光学的運動論から推定された急峻な内側質量プロファイルが確認され、クラスタにcuspyコアが存在するという主張を強化する。
• 光学的、X線的、レンズ効果のデータの整合性は、高Ω₀宇宙論下でのクラスタ形成および進化の整合的な図を支持する。