[論文レビュー] The XMM--NEWTON Omega Project: II.Cosmological implications from the high redshift L-T relation of X-ray clusters

S. Vauclair, Alain Blanchard+8 more|ArXiv.org|Nov 17, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、XMM-Newton Omegaプロジェクトの高赤方偏移X線銀河団のL-T関係を用いて、宇宙論的モデルをテストした。その結果、調整なしに観測された団数密度と最も一致するのは高い物質密度宇宙（Ωₘ ≈ 0.85–1.0）であることが判明した。これに対して、共通モデル（Ωₘ = 0.3）は、z > 0.3の高赤方偏移銀河団の豊度をほぼ1桁分過剰に予測しており、標準的な団スケーリング関係の破綻、あるいはM-T関係の赤方偏移進化の再考が求められる可能性を示唆している。

ABSTRACT

The evolution with redshift of the temperature-luminosity relation of X-ray galaxy clusters is a key ingredient to break degeneracies in the interpretation of X-ray clusters redshift number counts. We therefore take advantage of the recent measurements of the temperature-luminosity relation of distant clusters observed with XMM-Newton and Chandra satellites to examine theoretical number counts expected for different available X-rays cluster samples, namely the RDCS, EMSS, SHARC, 160deg^2 and the MACS at redshift greater than 0.3. We derive these counts without any adjustment, using models previously normalized to the local temperature distribution function and to the high-z (z = 0.33) TDF. We find that these models having Omega_M in the range [0.85-1.] predict counts in remarkable agreement with the observed counts in the different samples. We illustrate that this conclusion is weakly sensitive to the various ingredients of the modeling. Therefore number counts provide a robust evidence of an evolving population. A realistic flat low density model (Omega_M = 0.3), normalized to the local abundance of clusters is found to overproduce cluster abundance at high redshift (above z = 0.5) by nearly an order of magnitude. This result is in conflict with the popular concordance model. The conflict could indicate a deviation from the expected scaling of the M-T relation with redshift.

研究の動機と目的

• 赤方偏移に伴うX線銀河団L-T関係の進化を用いて、Ωₘ推定におけるデゲネラシーを低減する宇宙論的モデルのテスト。
• z > 0.3におけるX線銀河団の観測された数密度が、標準的な宇宙論的モデルと整合するかを評価すること。
• σ₈正規化およびM-T関係・L-T関係の不確実性に対する結果の頑健性を評価すること。
• 共通モデル（Ωₘ = 0.3）が、観測されたL-Tスケーリングを破らない範囲で高赤方偏移銀河団の豊度を説明できるかを検証すること。

提案手法

• モデル化の主要な入力として、XMM-NewtonおよびChandraによる高赤方偏移L-T関係（L03、Vikhlinin et al. 2002）の測定値を用いた。
• 局所的（z ≈ 0.05）および高赤方偏移（z ≈ 0.33）のTDFに正規化されたモデルを用いて、X線銀河団サンプル（RDCS、EMSS、SHARC、160deg²、MACS）の理論的数密度を計算した。
• Ωₘ、σ₈、M-T正規化（BN98対M98）を変化させた平坦なΛCDM型モデルフレームワークを用い、M-Tスケーリングには式(1)を適用した。
• 複数の調査（フラックス制限付きサブセットを含む）における予測された数密度と観測された赤方偏移分布を比較した。
• 図1のエラーバンドを用いて、σ₈の分散およびL-T関係の進化に起因する不確実性を定量化した。
• 標準的な赤方偏移スケーリングに反する代替M-Tスケーリング（式6）を適用し、モデルの頑健性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z > 0.3におけるX線銀河団の観測された赤方偏移分布は、共通モデルよりも高い物質密度宇宙を支持するか？
• RQ2 XMM-NewtonおよびChandraデータで制約されたL-T関係を用いた場合、理論的数密度が観測された団数密度とどの程度整合するか？
• RQ3 σ₈、M-T正規化、またはL-T進化の不確実性に起因する結果の感度はどの程度か？
• RQ4 共通モデル（Ωₘ = 0.3）は、観測されたL-T関係を破らない範囲で高赤方偏移銀河団の豊度を再現できるか？
• RQ5 観測された数密度と共通モデルとの間の不一致は、赤方偏移に伴う標準的なM-Tスケーリングの破綻に起因しているのか？

主な発見

• 局所的および高赤方偏移TDFに正規化されたΩₘ ∈ [0.85–1.0]のモデルは、調整なしに複数の調査で観測された団数密度を再現した。
• 共通モデル（Ωₘ = 0.3）は、z > 0.5における団の数を観測値と比較してほぼ1桁分過剰に予測している。
• σ₈およびL-T関係の進化の変動に対しても結果は頑健であり、不一致は統計的不確実性に起因しないことが示された。
• 標準的な赤方偏移スケーリングに反する修正されたM-T関係（式6）を適用すると、共通モデルとの整合性が回復する。これは、M-T関係が予想通りに赤方偏移とともにスケーリングされない可能性を示唆している。
• EMSSおよびRDCSサンプルの先行分析とも整合しており、これらは同様に高いΩₘ値（例：Ωₘ ≈ 0.85 ± 0.2）を支持していた。
• 共通モデルとの矛盾は、階層的構造形成における団ガス物理学またはM-Tスケーリングに関する標準的仮定の見直しが必要となる可能性を示唆している。