[論文レビュー] The velocity dispersion profiles of clusters of galaxies: a cosmological test and the sampling effect

Y. P. Jing, Gerhard Börner|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 1995

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、7つの宇宙論的モデルにおける銀河団の速度分散プロファイルの研究を通じて、特にΩおよびΛの宇宙論的パラメータへの感受性を検証する。理論的にはΩおよびΛの違いに応じてプロファイルに顕著な差が生じるが、サンプリングの制限と小規模な団サンプルの存在により、識別力が低下し、現在のデータではΩ ≥ 0.2のモデルは区別できないことが判明した。

ABSTRACT

In this paper we investigate the velocity dispersion profiles of clusters of galaxies for seven cosmological models. One model is the SCDM model, and the others are six low-density models with the density parameter $Ω=0.1$, 0.2 or 0.3 and with or without a cosmological constant $Λ=1-Ω$. We find that the velocity dispersion profiles depend both on $Ω$ and on $Λ$. For $Λ=0$, the profiles are steeper in a lower-$Ω$ model than in a higher-$Ω$ one. The cosmological constant significantly weakens the dependence on $Ω$: the difference in the profile distributions between two flat models is much smaller than that between the two corresponding open models with the same $Ω$. These results in principle can be used to constrain the cosmological parameters when a large sample of the velocity dispersion profiles is available. Motivated by the practical situation that a sample of $\sim 100$ clusters with $\sim 100$ measured redshifts per cluster is still the best sample available in the foreseen future, we examine carefully to what degree the cosmological parameters can be constrained with the velocity dispersion profiles of such a sample of clusters. The limited sampling around clusters and the limited number of clusters seriously degrade the discriminative power of the velocity dispersion profiles among cosmological models. We find that the five models of $Ω\ge 0.2$ cannot be distinguished by this type of observation. Due to the limited sampling, one should be very cautious in extracting information about the density profile and/or the dynamics around single clusters from the diluted velocity dispersion profiles

研究の動機と目的

• 銀河団の速度分散プロファイルが宇宙論的パラメータΩおよびΛに与える感受性を評価すること。
• 観測された速度分散プロファイルを用いて、競合する宇宙論的モデルを区別する実用的妥当性を評価すること。
• 100個程度の団と1団あたり約100個の赤方偏移を持つような限られた団サンプリングが、宇宙論的パラメータの制約に与える影響を定量化すること。
• 個々の団の周囲における動的構造および密度プロファイルを推定する際に、サンプリング効果がどのように歪められるかを検討すること。

提案手法

• Ω = 0.1, 0.2, 0.3およびΛ = 1−Ωを有する1つのSCDMモデルと6つの低密度モデルの7つの宇宙論的モデルについて、速度分散プロファイルをシミュレートする。
• 異なる宇宙論的仮定下での団の動的挙動をN体シミュレーションによりモデル化する。
• モデル間の差を検出するために、速度分散プロファイルの半径依存性を分析する。
• 1団あたりの有限なサンプリング（赤方偏移数の制限）が、プロファイル再構築およびモデル識別に与える影響を評価する。
• 特に平坦宇宙と開放宇宙の間で、ΩおよびΛが異なるモデル間のプロファイルの識別力の違いを比較する。
• 希釈され、疎らにサンプリングされた速度分散プロファイルから、動的構造および密度構造を信頼性を持って抽出できるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団の速度分散プロファイルは、宇宙論的パラメータΩおよびΛにどのように依存するか？
• RQ2 同じΩを持つ平坦宇宙と開放宇宙のモデルを、速度分散プロファイルがどの程度区別できるか？
• RQ3 限られたサンプリング（1団あたりの赤方偏移数の制限および小規模な団サンプルサイズ）が、宇宙論的パラメータの制約能力をどの程度低下させるか？
• RQ4 サンプリングが疎である場合、速度分散プロファイルから信頼できる動的構造または密度構造を推定できるか？
• RQ5 現在の観測データの限界を考慮した場合、どの程度のモデルの差を識別できるか？

主な発見

• 速度分散プロファイルはΩおよびΛの両方に顕著に依存しており、Λ = 0の低Ωモデルでは勾配が急になる。
• 宇宙定数Λは、Ωに対するプロファイルの感受性を低下させ、平坦宇宙モデル（例：Ω=0.3, Λ=0.7）同士の差が、対応する開放宇宙モデルの差よりも小さくなる。
• 現在の観測限界（約100団、1団あたり約100個の赤方偏移）では、Ω ≥ 0.2のモデルは速度分散プロファイルでは区別できない。
• サンプリングの制限が、宇宙論的モデルのテストにおける速度分散プロファイルの識別力を著しく低下させる。
• サンプリングが疎であるための希釈された速度分散プロファイルは、個々の団の周囲における真の動的構造および密度構造を推定する際に顕著な不確実性をもたらす。
• 本研究は、宇宙論的または動的情報を抽出する際に、限られたデータからの速度分散プロファイルを過剰に解釈すべきでないと警告している。