[論文レビュー] The universal distribution of halo interlopers in projected phase space. Bias in galaxy cluster concentration and velocity anisotropy?

G. A. Mamon, A. Biviano+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 40被引用数 67

ひとこと要約

本稿では、宇宙の膨張に伴うハッブルフローが銀河団の運動学に与える影響を、宇宙論的N体シミュレーションから得た93個のマッククラスタを用いて、投影相空間における混在銀河（インタロッパー）の分布を分析することで調査している。ハッブルフローは、団の集中度および速度非等方性の推定値にわずかだが測定可能なバイアスを引き起こすが、速度カットを適用するか、定常背景をモデルに組み込むことでそのバイアスは顕著に低減される。また、混在銀河の影響は団の質量にかかわらずほぼ普遍的であることが判明した。

ABSTRACT

When clusters of galaxies are viewed in projection, one cannot avoid picking up foreground/background interlopers (FBIs), that lie within the virial cone (VC), but outside the virial sphere. Structural & kinematic deprojection equations are not known for an expanding Universe, where the Hubble flow (HF) stretches the line-of-sight (LOS) distribution of velocities. We analyze 93 mock relaxed clusters, built from a cosmological simulation. The stacked mock cluster is well fit by an m=5 Einasto DM density profile (but only out to 1.5 virial radii [r_v]), with velocity anisotropy (VA) close to the Mamon-Lokas model with VA radius equal to that of density slope -2. The surface density of FBIs is nearly flat out to r_v, while their LOS velocity distribution shows a dominant gaussian cluster-outskirts component and a flat field component. This distribution of FBIs in projected phase space is nearly universal in mass. A local k=2.7 sigma velocity cut returns the LOS velocity dispersion profile (LOSVDP) expected from the NFW density and VA profiles measured in 3D. The HF causes a shallower outer LOSVDP that cannot be well matched by the Einasto model for any k. After this velocity cut, FBIs still account for 23% of DM particles within the VC (close to the observed fraction of cluster galaxies lying off the Red Sequence). The best-fit projected NFW/Einasto models underestimate the 3D concentration by 6+/-6% (16+/-7%) after (before) the velocity cut, unless a constant background is included in the fit. Assuming the correct mass profile, the VA profile is well recovered from the measured LOSVDP, with a slight bias towards more radial orbits in the outer regions. These small biases are overshadowed by large cluster-cluster variations caused by cosmic variance. An appendix provides an analytical approximation to the surface density, projected mass and tangential shear profiles of the Einasto model.

研究の動機と目的

• 膨張宇宙におけるハッブルフローがラインオブサイト（LOS）速度に与える歪みを考慮し、投影相空間（PPS）におけるホールの混在銀河分布を定量化すること。
• 標準的な2次元フィッティングモデルを用いた場合に、ハッブルフローが団の集中度および速度非等方性の推定値に及ぼすバイアスを評価すること。
• 速度クリッピングおよび背景モデル化が、団の構造的・運動学的測定におけるこれらのバイアスをどれほど効果的に低減できるかを評価すること。
• 団質量モデリングに適用可能な、混在銀河の表面密度および速度分布の普遍的モデルを構築すること。

提案手法

• 宇宙論的流体ダイナミクス・シミュレーションから得た93個の緩和済みダークマター・ホールを用いたスタック解析により、投影相空間における平均的な混在銀河分布を調査する。
• ハッブルフローを用いてラインオブサイト速度のシフトをモデル化し、半径方向速度オフセットに基づいて団メンバーと混在銀河を区別する。
• 混在銀河を除去するために $κ$ = 2.7 シグマの速度カットを適用し、ラインオブサイト速度分散プロファイルにおけるバイアスを低減する。
• NFWおよびEinasto密度プロファイルを、定常背景項を含む・含まない両方の状況で、投影データにフィットする。
• 3次元真のプロファイルと2次元で回復されたプロファイルを比較し、集中度および速度非等方性におけるバイアスを定量化する。
• クラスターブートストラップを用いて、宇宙分散および集中度測定の誤差バーを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブルフローは、異なる団質量において、投影相空間における混在銀河の分布にどのように影響を及ぼすか？
• RQ2 標準的な2次元フィッティングモデルを用いた場合、ハッブルフローは銀河団の測定された集中度にどの程度バイアスを引き起こすか？
• RQ3 速度カットまたは定常背景項の組み込みによって、団の集中度および速度非等方性推定値におけるバイアスを効果的に低減できるか？
• RQ4 投影相空間における混在銀河の分布は、質量や環境に依存せず普遍的か？
• RQ5 集中度および非等方性におけるバイアスは、宇宙分散やショットノイズといった主な不確実要因と比べてどの程度の大きさか？

主な発見

• 投影相空間における混在銀河の表面密度は、団の半従属半径までほぼ平坦であり、速度分布には支配的なガウス成分と平坦なフィールド成分が存在する。
• 速度カットを $κ$ = 2.7 シグマで行うと、混在銀河の約1/6が除去され、ラインオブサイト速度分散プロファイルにおけるバイアスが顕著に低減される。
• ハッブルフローにより、速度クリッピング後の最良適合2次元NFWまたはEinastoモデルは、真の3次元集中度を6 $±$ 6% 低く推定する。クリッピング前の値は16 $±$ 7% 低くなる。
• 定常背景項をフィットに組み込むことで、集中度バイアスは2倍以上低減され、2成分モデル（ホール＋背景）は単一成分モデルを上回る性能を示す。
• ラインオブサイト速度分散プロファイルから回復された速度非等方性プロファイルは、やや正確であり、外縁部ではやや径方向に偏った軌道へのわずかなバイアスが見られるが、これは僅かに有意である。
• これらのバイアスが存在するにもかかわらず、1000個未満の銀河を有する通常の団では、ショットノイズおよび宇宙分散がハッブルフローの影響を上回る主な不確実要因である。