[論文レビュー] X-Ray galaxy clusters: constraints on models of galaxy formation

J. Oukbir, James G. Bartlett+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

この論文は平坦宇宙におけるX線銀河団のモデル化にPress-Schechter形式を用い、観測可能な団の性質と準静的質量を関連付けて宇宙論的モデルを制約する。σ₈ = 0.57 ± 0.05および5–15 h⁻¹ Mpcスケールにおけるスペクトル指数nが-2.4から-1.5の間であることが判明し、正規化とは無関係に標準的CDMモデルは除外されるが、高赤移団数と整合的である平坦モデルは支持される。

ABSTRACT

We present a self-consistent approach to the modeling of X-ray clusters of galaxies in a flat universe. Employing the Press and Schechter (1974) formalism to derive the mass function and relating the observable properties of clusters to their virial mass allows us to study the cluster X-ray distribution functions and their evolution with redshift. This approach differs from some results based on the X-ray luminosity function, which we argue is subject to modeling uncertainties. We obtain stringent constraints on the power spectrum of the initial density perturbations assumed to seed galaxy formation by comparing the theoretical temperature function with available data: the amplitude $σ_8$ is found to be $0.57 \pm 0.05$, while the local spectral index $n$ is falling in the range $-2.4 \leq n \leq -1.5$ on scales between 5 and 15 $h^{-1}$ Mpc: the standard CDM model is clearly ruled out, independently of the normalization. We further examine the evolutionary properties of X-ray clusters. Our approach greatly clarifies the situation: contrary to some previous claims, we find that flat models are in reasonable agreement with the observed number of clusters at high redshif ts. We also examine the contribution of clusters to the X-ray counts and to the soft X-ray background and compare the expected values in the case of the $Ω_0=1$ and $Ω_0=0.2$ universes. The number counts are in agreement with the observations, further confirming the relevance of our modeling. We conclude that although clusters are not the primary source of the soft X-ray background, their contribution is nevertheless non-negligible. This is particularly important for they could escape the constraints imposed on possible point sources contributing to the background. Finally, we briefly

研究の動機と目的

• 平坦宇宙におけるX線銀河団の自己一貫性のあるモデルをPress-Schechter形式を用いて開発すること。
• X線輝度関数ではなく、団温度関数を分析することで、初期密度摂動の制約を改善すること。
• 高赤移団数およびX線背景観測と比較して、平坦宇宙論的モデル（Ω₀ = 0.2およびΩ₀ = 1）の妥当性を検証すること。
• 団がソフトX線背景に与える寄与を評価し、点源制約を回避する可能性を検討すること。

提案手法

• 平坦宇宙におけるX線団の質量関数を導出するためにPress-Schechter形式を適用する。
• 温度やX線輝度といった観測可能な団の性質を、物理的に妥当なスケーリング関係を通じて準静的質量に関連付ける。
• 理論的温度関数を観測データと比較し、初期パワースペクトルの振幅σ₈およびスペクトル指数nを制約する。
• 団の進化的性質をモデル化し、高赤移団数との整合性を検証する。
• Ω₀ = 1およびΩ₀ = 0.2モデルにおけるX線数密度およびソフトX線背景寄与を計算する。
• X線輝度関数に内在する不確実性を避けるために、より直接的に関連する温度関数に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X線団温度関数は、初期パワースペクトルの振幅σ₈およびスペクトル指数nにどのような制約を課すか？
• RQ2 平坦宇宙論的モデル（Ω₀ = 0.2およびΩ₀ = 1）は高赤移団数とどのように比較されるか？
• RQ3 団がソフトX線背景に与える寄与は無視できないものか？また、点源調査の制約を回避できる可能性はあるか？
• RQ4 過去の高赤移団数との不一致に関する主張がなぜ誤りであったのか、このモデルはその矛盾をどのように解消するか？
• RQ5 輝度関数ではなく温度関数を用いることで、銀河形成モデルの制約はどのように改善されるか？

主な発見

• 初期パワースペクトルの振幅はσ₈ = 0.57 ± 0.05に制限され、標準的CDMモデルの予測よりも顕著に低い。
• 5～15 h⁻¹ Mpcスケールにおける局所的スペクトル指数nは-2.4 ≤ n ≤ -1.5の範囲にあり、正規化とは無関係に標準的CDMモデルは除外される。
• 平坦モデル（Ω₀ = 0.2およびΩ₀ = 1）は、高赤移における観測された団の数と合理的に一致しており、以前の主張とは対照的である。
• 理論的X線数密度は観測と良好に一致しており、モデリング手法の妥当性を支持する。
• 団はソフトX線背景に顕著な寄与を示しており、点源による制約を回避する可能性がある。
• 温度関数は、より大きなモデリング不確実性にさらされるX線輝度関数よりも、より頑健な制約を提供する。