[論文レビュー] The REFLEX Galaxy Cluster Survey VII: Omega_m and sigma_8 from cluster abundance and large-scale clustering

P. Schuecker, H. Böhringer+2 more|ArXiv.org|Aug 13, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 123

ひとこと要約

本稿は、REFLEX X線銀河団サーベイにおいて、団の頻度と大規模構造のクラスタリングを併用することで、宇宙の物質密度 $\Omega_m$ と質量揺らぎの振幅 $\sigma_8$ に対する初めての同時制約を提示する。$\Omega_m$ と $\sigma_8$ のデゲネラシーを解消するためにカルフーネン＝ローエヴェル eigenvector 分析を適用し、最小限のランダム誤差で $\Omega_m = 0.341^{+0.031}_{-0.029}$ および $\sigma_8 = 0.711^{+0.039}_{-0.031}$ を得た。これはCMBや超新星データに依存しない、強固な宇宙論的テストを提供する。

ABSTRACT

For the first time the large-scale clustering and the mean abundance of galaxy clusters are analysed simultaneously to get precise constraints on the normalized cosmic matter density $Ω_m$ and the linear theory RMS fluctuations in mass $σ_8$. A self-consistent likelihood analysis is described which combines, in a natural and optimal manner, a battery of sensitive cosmological tests where observational data are represented by the (Karhunen-Loéve) eigenvectors of the sample correlation matrix. This method breaks the degeneracy between $Ω_m$ and $σ_8$. The cosmological tests are performed with the ROSAT ESO Flux-Limited X-ray (REFLEX) cluster sample. The computations assume cosmologically flat geometries and a non-evolving cluster population mainly over the redshift range $0

研究の動機と目的

• クラスタリング頻度と大規模構造のクラスタリングを同時に使用した1つの宇宙論的解析によって、$\Omega_m$ と $\sigma_8$ を同時に制約すること。
• カルフーネン＝ローエヴェル固有ベクトルに基づく自己一貫性のある尤度フレームワークを用いて、$\Omega_m$ と $\sigma_8$ のデゲネラシーを解消すること。
• 質量／X線光度関係、ハッブル定数、初期フラクチュエーションのスペクトル指数、および他の天体物理学的不確実性からの系統的誤差を評価すること。
• 高精度で選択バイアスが最小限のフラックス制限付きX線銀河団サンプル（REFLEX）を用いて、明確に定義された宇宙論的制約を提供すること。
• X線銀河団サーベイが、CMB や超新星サーベイと同等の精度の宇宙論を提供できることを示すこと。

提案手法

• REFLEX団サンプルの空間相関行列にカルフーネン＝ローエヴェル（KL）固有ベクトル分解を適用し、大規模構造の最適で直交するモードを抽出する。
• KLモードを用いて、クラスタリング頻度とクラスタリングパワースペクトルの情報を取り入れた尤度解析で観測データを表現する。
• フィducial宇宙論モデルを用いてKL基底を構築し、宇宙フラクチュエーションの固有ベクトル表現におけるバイアスを最小限に抑える。
• 理論的予測のクラスタリング頻度とクラスタリングを観測データと比較して尤度関数を計算し、宇宙論的パラメータ $\Omega_m$ と $\sigma_8$ について周辺化する。
• 主要な天体物理学的入力（質量／X線光度関係、ハッブル定数、初期フラクチュエーションのスペクトル指数、固有散乱）を摂動させることで系統的誤差を定量化する。
• 平坦な宇宙論的幾何学と $0 < z < 0.3$ の範囲で銀河団集団が時間的に変化しないと仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラスタリング頻度と大規模構造のクラスタリングを1つの尤度解析に統合することで、$\Omega_m$ と $\sigma_8$ のデゲネラシーを解消できるか？
• RQ2 クラスタリング頻度とクラスタリングを同時に使用した場合、$\Omega_m$ と $\sigma_8$ の正確な制約は何か？
• RQ3 質量／X線光度関係および他の天体物理学的入力からの系統的不確実性は、最終的な宇宙論的制約にどのように影響するか？
• RQ4 CMB、超新星、大規模構造サーベイの結果と比較して、本研究の結果はどうなるか？
• RQ5 X線銀河団サーベイは、高赤方偏移プローブと同等の宇宙論的制約をどの程度提供できるか？

主な発見

• REFLEXサーベイは、組み合わせたクラスタリング頻度とクラスタリングデータから、$\Omega_m = 0.341^{+0.031}_{-0.029}$ および $\sigma_8 = 0.711^{+0.039}_{-0.031}$ を1σ信頼水準で得た。
• $\Omega_m$ のランダム誤差は $\sigma_{\Omega_m} = 0.030$ であり、プランクCMB衛星の期待精度に近い。
• 天体物理学的不確実性からの系統的誤差は $\sigma_{\Omega_m} = ^{+0.087}_{-0.071}$ および $\sigma_{\sigma_8} = ^{+0.120}_{-0.162}$ に達し、その主な要因は質量／X線光度関係であった。
• CMB、大規模構造、超新星からの低 $\Omega_m$ 評価と一貫しており、低物質密度宇宙を支持する。
• KL固有ベクトル法は $\Omega_m$ と $\sigma_8$ 間のデゲネラシーを効果的に解消し、精密な同時制約を可能にした。
• 結果はCOBE正規化よりも低い $\sigma_8$ 値を支持しており、最近の団および弱レントゲン効果の結果とも整合し、$\Lambda$CDMモデルにおける構造の過剰予測問題を緩和する助けとなる。