[論文レビュー] The SRG/eROSITA All-Sky Survey

Matthias Kluge, J. Comparat+30 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、DESI Legacy Surveysのphotometric redshiftとrichnessを用いて、eROSITA All-Sky Survey (eRASS1) の西半分銀河赤道付近の12,000個のX線選択銀河団および銀河群の光学的同定と特徴付けを初めて行った。このカタログは、z > 0.05で86%の純度と>95%の完全性を達成しており、速度分散-豊度関係は log(λnorm) = 2.401 × log(σ) − 5.074 で記述され、内在的散乱は δin = 0.10 ± 0.01 dex である。

ABSTRACT

Aims. Characterising galaxy cluster populations from a catalogue of sources selected in astronomical surveys requires knowledge of sample incompleteness, known as the selection function. The first All-Sky Survey (eRASS1) by eROSITA on board Spectrum Roentgen Gamma (SRG) has enabled the collection of large samples of galaxy clusters detected in the soft X-ray band over the western Galactic hemisphere. The driving goal consists in constraining cosmological parameters, which puts stringent requirements on the accuracy and flexibility of explainable selection function models. Methods. We used a large set of mock observations of the eRASS1 survey and we processed simulated data identically to the real eRASS1 events. We matched detected sources to simulated clusters and we associated detections to intrinsic cluster properties. We trained a series of models to build selection functions depending only on observable surface brightness data. We developed a second series of models relying on global cluster characteristics such as X-ray luminosity, flux, and the expected instrumental count rate as well as on morphological properties. We validated our models using our simulations and we ranked them according to selected performance metrics. We validated the models with datasets of clusters detected in X-rays and via the Sunyaev–Zeldovich effect. We present the complete Bayesian population modelling framework developed for this purpose. Results. Our results reveal the surface brightness characteristics most relevant to cluster selection in the eRASS1 sample, in particular the ambiguous role of central surface brightness at the scale of the instrument resolution. We have produced a series of user-friendly selection function models and demonstrated their validity and their limitations. Our selection function for bright sources reproduces the catalogue matches with external datasets well. We discuss potential inconsistencies in the selection models at a low signal-to-noise revealed by comparison with a deep X-ray sample acquired by eROSITA during its performance verification phase. Conclusions. Detailed modelling of the eRASS1 galaxy cluster selection function is made possible by reformulating selection into a classification problem. Our models are used in the first eRASS1 cosmological analysis and in sample studies of eRASS1 cluster and groups. These models are crucial for science with eROSITA cluster samples and our new methods pave the way for further investigation of faint cluster selection effects.

研究の動機と目的

• eROSITA All-Sky Survey (eRASS1) の西半分銀河赤道付近に位置するX線選択銀河団および銀河群の同定と特徴付けを行う。
• DESI Legacy Imaging Surveysの光学および近赤外データとX線検出を組み合わせることで、クラスターサンプルの純度を向上させる。
• 12,000個のクラスターに対して、高精度なphotometric redshift、豊度、光学的中心、およびBCG位置を測定する。
• スペクトロスコピック赤方偏移と文献に記載されたクラスターを用いてカタログを検証し、宇宙論的応用に耐えうる堅牢性を確保する。
• 宇宙論的パrameter推定に使用可能な速度分散-豊度関係をキャリブレーションする。

提案手法

• DESI Legacy Surveysデータにおける赤道列フィッティングを用いて、eROMaPPerクラスターファイダーを適用し、クラスターを検出する。
• 0.05 < z < 0.9 の範囲で、δz/(1 + z) ≲ 0.005 の精度でphotometric redshiftを計算する。
• 広範なスペクトロスコピック赤方偏移のコンパイルを用いて、3,210個のクラスターに対して zspec を、1,499個のクラスターに対して速度分散 σ を測定する。
• 文献に記載されたクラスターカタログとのクロスマッチと、全Legacy Survey領域への盲的適用を通じて、サンプルの純度と完全性を評価する。
• スペクトロスコピックサブサンプルを用いて、内在的散乱を考慮した上で、速度分散-豊度関係をフィッティングする。
• 複数の文献に記載されたクラスターカタログに対して、同定手法の妥当性を検証し、一貫性と信頼性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多波長データを用いた光学的同定によって、eROSITA All-Sky Surveyクラスターサンプルの純度と完全性はどの程度か？
• RQ2 赤道列法を用いた場合、X線選択クラスターのphotometric redshiftはどの程度の精度で測定可能か？
• RQ3 eRASS1クラスターサンプルにおける速度分散と豊度の関係式は何か？また、その内在的散乱はどの程度か？
• RQ4 光学的同定手法を全Legacy Surveys領域に盲的適用した場合、その性能はいかがであったか？
• RQ5 X線選択と光学的検証を経た本カタログは、宇宙論的分析においてどの程度の信頼性を有するか？

主な発見

• eRASS1クラスターサンプルは、z > 0.05で86%の純度と>95%の光学的完全性を達成している。
• 0.05 < z < 0.9 の範囲で、photometric redshiftの精度は δz/(1 + z) ≲ 0.005 である。
• 速度分散-豊度関係は log(λnorm) = 2.401 × log(σ) − 5.074 でキャリブレーションされ、内在的散乱は δin = 0.10 ± 0.01 dex である。
• カタログには、中央赤方偏移 z = 0.31 の12,000個のクラスターおよび銀河群が含まれており、その10%が z > 0.72 に位置している。
• 同定手法は文献に記載されたカタログに対して成功裏に検証され、24,069 deg² の全Legacy Surveys領域への盲的適用も実施され、堅牢性が確認された。
• 本カタログは、質量-観測量関係のキャリブレーションや、パーセントレベルの精度で宇宙論的パrameterを制約可能な、精密宇宙論の主要リソースである。