[論文レビュー] The Highest Resolution Mass Map of Galaxy Cluster Substructure To Date Without Assuming Light Traces Mass: LensPerfect Analysis of Abell 1689

Dan Coe, N. Benı́tez+3 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 55

ひとこと要約

本研究は、光が質量を追跡すると仮定せずに、168個の多重像像位置を完璧に再現するLensPerfectな強引力レンズモデルを用いて、これまでで最も高分解能の銀河団アベル1689の質量マップを提示した。このモデルにより、約10個の個別銀河準正体と高い濃度（c₂₀₀ = 9.2 ± 1.2）を持つ構造が特定され、強引力レンズと弱引力レンズの両方のデータに同時に一致する単一のNFWまたはSérsicプロファイルと整合的であることが判明した。

ABSTRACT

We present a strong lensing mass model of Abell 1689 which resolves substructures ~25 kpc across (including about ten individual galaxy subhalos) within the central ~400 kpc diameter. We achieve this resolution by perfectly reproducing the observed (strongly lensed) input positions of 168 multiple images of 55 knots residing within 135 images of 42 galaxies. Our model makes no assumptions about light tracing mass, yet we reproduce the brightest visible structures with some slight deviations. A1689 remains one of the strongest known lenses on the sky, with an Einstein radius of RE = 47.0" +/- 1.2" (143 +3/-4 kpc) for a lensed source at zs = 2. We find a single NFW or Sersic prole yields a good fit simultaneously (with only slight tension) to both our strong lensing (SL) mass model and published weak lensing (WL) measurements at larger radius (out to the virial radius). According to this NFW fit, A1689 has a mass of Mvir = 2.0 +0.5/-0.3 x 10^15 Msun / h70 (M200 = 1.8 +0.4/-0.3 x 10^15 Msun / h70) within the virial radius rvir = 3.0 +/- 0.2 Mpc / h70 (r200 = 2.4 +0.1/-0.2 Mpc / h70), and a central concentration cvir = 11.5 +1.5/-1.4 (c200 = 9.2 +/- 1.2). Our SL model prefers slightly higher concentrations than previous SL models, bringing our SL+WL constraints in line with other recent derivations. Our results support those of previous studies which find A1689 has either an anomalously large concentration or significant extra mass along the line of sight (perhaps in part due to triaxiality). If clusters are generally found to have higher concentrations than realized in simulations, this could indicate they formed earlier, perhaps as a result of early dark energy.

研究の動機と目的

• 光が質量を追跡すると仮定しないで、これまでで最も高分解能の銀河団質量マップを生成すること。
• 強引力レンズを用いて、アベル1689の~25 kpcスケールまでに及ぶ構造を解像すること。
• 単一のNFWまたはSérsic質量プロファイルが、強引力レンズデータ（168個の多重像）と公表済みの弱引力レンズ測定値の両方と整合するかを検証すること。
• アベル1689の高い濃度が、宇宙論的シミュレーションと整合的であるか、あるいは初期のダークエネルギーまたは視線方向構造を示唆するかを調査すること。
• 高精度で非LTM（光が質量を追跡すると仮定しない）質量モデルを提供することで、将来のダーク準正体の検出やハローの剥ぎ取りの研究を可能にすること。

提案手法

• 168個の多重像像（42個の銀河から来る135枚の像にわたる55個のノードを含む）の観測位置を正確に再現するLensPerfectな強引力レンズモデルを構築した。
• 質量分布の独立回復が像位置から可能になるよう、光が質量を追跡すると仮定しない（非LTM）モデルを採用した。
• 柔軟な親ハローと個別銀河成分を含む質量モデルを構築し、予測された像位置と観測された像位置の残差を最小化するようにパラメータを調整した。
• 既知の質量分布を持つ仮想データセットを用いた検証により、モデルの妥当性を確認した。
• HST、Subaru、CFHTの弱引力レンズデータを統合し、強引力レンズモデルとの整合性を評価した。
• NFWおよびSérsicプロファイルを用いて、強引力レンズと弱引力レンズの両方のデータに同時にフィットさせ、クラスタ質量、濃度、および半径を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強引力レンズモデルを用いて、光が質量を追跡すると仮定しない状況で、アベル1689の~25 kpcスケールの構造を解像できるか？
• RQ2 単一のNFWまたはSérsicプロファイルが、168個の多重像から得られる強引力レンズデータと、ハロー半径まで及ぶ弱引力レンズ測定値の両方と同時に適合可能か？
• RQ3 質量が同程度のクラスタに対してCDMシミュレーションで予想されるc₂₀₀ ~ 3よりも高い濃度（c₂₀₀ = 9.2 ± 1.2）を示す強引力レンズモデルは、なぜそうなるのか？
• RQ4 視線方向構造や非球対称性（三様性）が、アベル1689の推定された質量濃度に与える影響は何か？
• RQ5 この高分解能・非LTMモデルは、ダーク準正体を検出可能か、あるいはクラスタ環境におけるハロー剥ぎ取りの証拠を提供できるか？

主な発見

• モデルは、アベル1689の中心400 kpc径内において、~25 kpcスケールの構造を解像でき、光が質量を追跡すると仮定しない銀河団の質量マップとしては、これまでで最も高分解能である。
• モデルは、42個の銀河から来る135枚の像にわたる55個のノードの168個の多重像像の観測位置を、1 mm未満の誤差で正確に再現した。また、8個の銀河について20個の新たな候補多重像も同定した。
• 単一のNFWまたはSérsicプロファイルは、強引力レンズデータと公表済みの弱引力レンズ測定値の両方と良好に一致するが、弱引力レンズデータではわずかに高い濃度を支持する矛盾が生じている。
• クラスタの有効質量は、r_vir = 3.0 ± 0.2 Mpc h₇₀⁻¹ の範囲内で M_vir = 2.0⁺⁰.⁵₋₀.³ × 10¹⁵ M⊙ h₇₀⁻¹ であり、高い濃度 c_vir = 11.5⁺¹.⁵₋₁.⁴ を示している。
• 最良のNFW濃度 c₂₀₀ = 9.2 ± 1.2 は、同程度の質量を持つクラスタに対してCDMシミュレーションで予想される典型的な値（~3）よりも顕著に高い。これは、初期のダークエネルギーまたは視線方向効果の可能性を示唆している。
• モデルは、最も明るい銀河が質量分布をかなりよく追跡しているが、明確なずれが観測され、質量分離や光では見えない構造が存在する可能性を示唆している。