[論文レビュー] X--ray clusters: towards a new determination of the density parameter of the universe

J. Oukbir, Alain Blanchard|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1996

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移分布と高赤方偏移における光度-温度関係を用いて、X線銀河団の性質を用いて宇宙の密度パラメータ Ω₀ を測定する新しい宇宙論的テストを提案する。この手法は初期スペクトルの形状に依存せず、Ω₀ ≈ 0.15–0.4 の結果をもたらし、動的推定値と整合的であり、宇宙密度に対する明確でモデルに依存しない制約を提供する。

ABSTRACT

We use a self-consistent modeling of x-ray cluster properties to constrain cosmological scenarios of structure formation in the case of open cosmological models. We first show that an unbiased open model can reproduce present day observations, provided that the density parameter is in the range 0.15-0.4. Although this estimate is derived in a rather different way, it is very close to dynamical measurements. We also obtain constraints on the shape of the initial fluctuation power spectrum: we find that the local spectral index n falls in the range -1.1 < n < -1.6 on scales between 10 and 30h^{-1}Mpc. We focus on differences between open models and the Einstein--de Sitter model, and we exhibit a test which depends only on the cosmological parameter and is insensitive to the shape of the initial fluctuations power spectrum: we show that, contrary to what is generally admitted, the redshift distribution of X-ray clusters selected on the basis of their apparent temperature is almost independent of the power spectrum and that it is only sensitive to the value of density of the universe. Since the relation between the virial mass and the X-ray temperature seems rather robust, we expect very little theoretical uncertainty in the modeling. This allows us to show that the combined knowledge of the redshift distribution of X-ray flux selected clusters and that of the luminosity-temperature correlation at high redshifts offers a new and efficient way to measure the mean density of the universe. This appears to be a clean test not suffering of the problems attached to local density estimators. We have tentatively applied our test to the redshift distribution of clusters detected within the Einstein medium sensitivity X-ray survey.

研究の動機と目的

• 初期スペクトルの形状に関する不確実性に対して頑健な、X線銀河団の性質を用いた宇宙の密度パラメータ Ω₀ の宇宙論的テストを開発すること。
• 顕在温度で選別されたX線銀河団の赤方偏移分布が、初期揺らぎスペクトルの形状に本当に依存しないかどうかを評価すること。
• 高赤方偏移における光度-温度関係と銀河団の赤方偏移分布を組み合わせ、局所的密度推定に依存せずに Ω₀ を制約すること。
• オープン宇宙論モデルをアインシュタイン＝デサイトールモデルと比較し、Ω₀ のみに敏感なテストを同定すること。
• エインシュタイン中感度X線サーベイのデータを用いて、この手法を検証すること。

提案手法

• 銀河団のバーリアル質量とX線温度の間の物理的に妥当な関係を自己整合的に用いて、X線銀河団の性質をモデル化する。
• さまざまな宇宙論的モデル、特に異なる Ω₀ を持つオープンモデルを想定し、銀河団の赤方偏移分布をシミュレートする。
• 高赤方偏移における光度-温度（L-T）関係を、銀河団集団の進化をアンカーするためのキャリブレーションツールとして使用する。
• 顕在温度で選別された銀河団の赤方偏移分布に基づくテストを構築し、著者らがそれが唯一 Ω₀ に依存すると主張する。
• エインシュタイン中感度X線サーベイのデータにこの手法を適用し、Ω₀ の制約を導出する。
• 結果を動的測定と比較し、初期スペクトル形状の変動に対する頑健性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 顕在温度で選別されたX線銀河団の赤方偏移分布は、初期スペクトルに依存しない宇宙論的プローブとして使用可能か？
• RQ2 オープン宇宙論モデルにおける現在のX線銀河団観測と整合するΩ₀ の範囲は何か？
• RQ3 高赤方偏移における光度-温度関係は、銀河団集団の進化をどの程度制約するか？
• RQ4 提案されたテストは、初期揺らぎスペクトルの不確実性に対してどの程度頑健か？
• RQ5 この手法は明確でモデルに依存しない宇宙密度パラメータ Ω₀ の測定を可能にするか？

主な発見

• 偏りのないオープン宇宙論モデルでは、密度パラメータ Ω₀ が 0.15–0.4 の範囲にある場合、現在のX線銀河団観測を再現できる。
• 顕在温度で選別されたX線銀河団の赤方偏移分布は、初期スペクトルの形状にほとんど依存せず、唯一 Ω₀ に依存する。
• バーリアル質量–X線温度関係は理論的不確実性を最小限に抑えるのに十分に頑健である。
• 高赤方偏移におけるL-T関係と銀河団の赤方偏移分布の統合的解析は、Ω₀ を測定するための新しい効率的な手法を提供する。
• この手法は局所的密度推定の系統的問題を回避し、明確で宇宙論的テストを提供する。
• エインシュタイン中感度X線サーベイへの予備的適用は、この手法が既存データと整合的であることを支持する。