[論文レビュー] The extended ROSAT-ESO Flux Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) IV. X-ray Luminosity Function and First Constraints on Cosmological Parameters

H. Böhringer, Gayoung Chon+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 94被引用数 61

ひとこと要約

本稿は、拡張されたREFLEX IIサーベイからの910個の銀河クラスタを用いて、正確にモデル化された選択関数を用いて宇宙論的制約を導出するX線輝度関数（XLF）を提示する。赤方偏移0–0.4の範囲で一貫したXLFが得られ、きわめて厳密な制約が得られる：Ωₘ = 0.29 ± 0.04 および σ₈ = 0.77 ± 0.07。PLANCKクラスタ結果と良好な一致を示すが、CMBから導かれる値とは矛盾する。

ABSTRACT

The X-ray luminosity function is an important statistic of the census of galaxy clusters and an important means to probe the cosmological model of our Universe. Based on our recently completed REFLEX II cluster sample we construct the X-ray luminosity function of galaxy clusters for several redshift slices from $z = 0$ to $z = 0.4$ and discuss its implications. We find no significant signature of redshift evolution of the luminosity function in the redshift interval. We provide the results of fits of a parameterized Schechter function and extensions of it which provide a reasonable characterization of the data. Using a model for structure formation and galaxy cluster evolution we compare the observed X-ray luminosity function with predictions for different cosmological models. For the most interesting constraints for the cosmological parameters $Ω_m$ and $σ_8$ we obatain $Ω_m \sim 0.27 \pm 0.03$ and $σ_8 \sim 0.80 \pm 0.03$ based on the statistical uncertainty alone. Marginalizing over the most important uncertainties, the normalisation and slope of the $L_X - M$ scaling relation, we find $Ω_m \sim 0.29 \pm 0.04$ and $σ_8 \sim 0.77 \pm 0.07$ ($1σ$ confidence limits). We compare our results with those of the SZ-cluster survey provided by the PLANCK mission and we find very good agreement with the results using PLANCK clusters as cosmological probes, but we have some tension with PLANCK cosmological results from the microwave background anisotropies. We also make a comparison with other cluster surveys. We find good agreement with these previous results and show that the REFLEX II survey provides a significant reduction in the uncertainties compared to earlier measurements.

研究の動機と目的

• 近傍宇宙における銀河クラスタの正確なX線輝度関数（XLF）を、拡張されたREFLEX IIクラスタサンプルを用いて構築すること。
• 赤方偏移z = 0からz = 0.4の範囲におけるXLFの赤方偏移依存性を評価し、宇宙論的進化の兆候を検証すること。
• 観測されたXLFと理論的構造形成モデルを比較することにより、Ωₘおよびσ₈の宇宙論的制約を導出すること。
• 特にLₓ–Mスケーリング関係からの系統的不確実性を定量化し、主要なモデルパラメータについて周辺化すること。
• PLANCK、SDSS、SZサーベイを含む他の主要クラスタサーベイと比較し、一貫性と精度を評価すること。

提案手法

• flux限界によるX線検出と赤方偏移の完全性に基づき、910個のREFLEX IIクラスタの詳細な選択関数を構築する。
• 観測されたXLFをパラメータ化されたSchechter関数およびその拡張形にフィットし、輝度分布を特徴付ける。
• Tinkerら（2008）の質量関数とEisenstein & Hu（1998）の伝達関数を用いて、観測XLFと理論的予測を比較する。
• モデル内でX線輝度とクラスタ質量を結ぶために、0.25×10⁴⁴ erg s⁻¹から2.4 keVの範囲で校正されたLₓ–Mスケーリング関係を用いる。
• Lₓ–Mの正規化および勾配における不確実性を周辺化して、頑健な宇宙論的制約を導出する。
• 独立したクラスタサーベイ（PLANCK、SDSS、SZ）との比較により結果を検証し、データセット間の一貫性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河クラスタのX線輝度関数は、z = 0からz = 0.4の間で顕著な進化を示すか？
• RQ2 REFLEX IIクラスタサンプルの観測XLFから得られるΩₘおよびσ₈の宇宙論的制約は何か？
• RQ3 Lₓ–Mスケーリング関係の不確実性は、導出された宇宙論的パrameter制約にどのように影響するか？
• RQ4 REFLEX IIの宇宙論的制約は、PLANCKクラスタサーベイおよびCMB非等方性測定値とどのように比較できるか？
• RQ5 REFLEX IIの結果は、以前のX線クラスタサーベイに比べて、精度および一貫性の面でどの程度向上しているか？

主な発見

• 赤方偏移z = 0からz = 0.4の範囲でX線輝度関数に顕著な赤方偏移依存性は認められず、この赤方偏移範囲におけるクラスタ集団の安定性を示している。
• 観測されたXLFはSchechter関数およびその拡張形でよく記述され、校正済みのLₓ–M関係を用いることで理論的予測と良好に一致する。
• 統計的不確実性のみを考慮すると、Ωₘ = 0.27 ± 0.03 および σ₈ = 0.80 ± 0.03 の宇宙論的制約が得られ、以前の結果と整合的である。
• Lₓ–Mスケーリング関係からの主要な系統的不確実性を周辺化した後、制約はΩₘ = 0.29 ± 0.04 および σ₈ = 0.77 ± 0.07 に改善される。
• 結果はPLANCKクラスタサーベイからの宇宙論的制約と良好に一致し、クラスタベースのプローブの一貫性を支持する。
• REFLEX IIおよびPLANCKクラスタ結果とCMBから導かれる宇宙論的パラメータとの間に矛盾が認められ、CMBベースの制約に未解決の系統的不確実性が存在する可能性を示唆している。