[論文レビュー] Towards the 2020 vision of the baryon content of galaxy groups and clusters

Andrey V. Kravtsov, Anthony H. Gonzalez+13 more|ArXiv.org|Mar 2, 2009

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

このホワイトペーパーは、宇宙の歴史にわたる銀河団および銀河群のバリオン内容を測定するための多波長観測および理論的キャンペーンを提案している。主に星、高温ガス、冷温ガス、およびダークマターの半径分布に注目する。X線、SZ、ALMA、およびレンズ効果のデータを高精度なシミュレーションと組み合わせることで、銀河形成モデルおよびフィードバック機構の制約を図り、最終的には団質量分率からの宇宙論的制約の向上を目的としている。

ABSTRACT

Groups and clusters of galaxies occupy a special position in the hierarchy of large-scale cosmic structures because they are the largest and the most massive (from ~10^13 Msun to over 10^15 Msun) objects in the universe that have had time to undergo gravitational collapse. The large masses of clusters imply that their contents have been accreted from regions of ~8-40 comoving Mpc in size and should thus be representative of the mean matter content of the universe. During the next decade sensitive multi-wavelength observations should be able to map the radial distributions of all main mass components (stars, cold, warm, and hot gas and total mass) at z

研究の動機と目的

• 銀河団および銀河群におけるバリオン分率が、観測可能な半径内において宇宙平均と一致するかどうかを特定すること。
• 赤方偏移にわたる団における星、冷温ガス、高温ガス、ダークマターの半径分布をマッピングすること。
• 団のバリオン予算を用いて、AGNおよび星形成フィードバックを含む銀河形成およびフィードバックモデルを制約すること。
• 赤方偏移に伴う高温ガスおよび星形成物質の質量分率の進化を測定することで、宇宙論的制約を向上させること。
• 強いか弱いかの重力レンズ効果を用いて、流体平衡仮定に基づく質量推定値を独立して検証すること。

提案手法

• 安定した団におけるイオン化した宇宙線ガス（ICM）の温度および密度プロファイルのX線観測と、サニャエフ＝ゼルドビッチ（SZ）測定値を組み合わせ、全質量プロファイルを導出する。
• ALMAおよびSKAパスファイナムミッションを用いて、団の中心部および周辺部における分子および原子的冷温ガスをマッピングする。
• 宇宙望遠鏡および地上の広視野画像を用いた強いか弱いかの重力レンズ効果を応用し、全質量を独立して測定する。
• 宇宙論的シミュレーションにおいて、適応メッシュリファインメントおよびラグランジュアン手法を用いて、団中心部におけるkpcスケールのプロセスを解像する。
• X線およびSZデータからの質量プロファイルをレンズ測定値と照合し、流体平衡仮定における系誤差を特定する。
• 広域スクリーニングからの集団的アークおよびレンズシアーの統計的サンプルを用いて、質量推定値をキャリブレーションし、フィードバックモデルを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団および銀河群におけるバリオン分率は、バリアル半径内において宇宙平均と一致するか？
• RQ2 異なる赤方偏移における団における星、冷温ガス、高温ガス、ダークマターの半径プロファイルは何か？
• RQ3 観測されたバリオン分率は、銀河形成における星形成およびフィードバックの効率をどのように制約するか？
• RQ4 流体平衡からのずれが、団の外縁部における質量測定にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 ヘリウム沈殿などのプラズマ効果が、団における観測されたバリオン分布にどのように影響を与えるか？

主な発見

• ガス密度および温度プロファイルの正確なX線およびSZ測定により、赤方偏移にわたる数百の安定した団について、信頼性の高い全質量再構築が可能になる。
• ALMAにより、複数の赤方偏移における団中心部の分子ガスの高感度マッピングが可能となり、冷却およびフィードバックの範囲が明らかになる。
• SKAパスファイナムミッションによるHIマッピングにより、遠方の団における拡散的原子ガスが追跡可能となり、冷温ガスの予算推定が向上する。
• 広視野スクリーニングからの強いか弱いかの重力レンズ測定により、独立した質量プロファイルが得られ、流体平衡仮定への依存度が低下する。
• 適応的解像度を有するシミュレーションにより、冷前線や乱流などのkpcスケール構造が解像可能となり、フィードバックおよび非熱的効果のモデリングが向上する。
• X線、SZ、レンズ効果の質量プロファイルを照合することで、バリオン分率測定における系統的誤差の特定および是正が可能になる。