[논문 리뷰] Constraining Omega with Cluster Evolution

Neta A. Bahcall, X. Fan외 1명|CERN Bulletin|1997. 06. 03.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 z ≈ 0에서 z ≈ 0.5–1로의 rich galaxy cluster 밀도의 진화를 이용하여 우주 질량 밀도 Ω와 스펙트럼 정규화 요소 σ_8 사이의 비의존성 문제를 해결한다. 관측된 군집 진화와 이론적 모델을 비교함으로써, Ω = 0.3 ± 0.1 및 σ_8 = 0.85 ± 0.15를 도출하였으며, 이는 낮은 밀도, 낮은 편향을 가진 우주를 시사하며, 우도론적 모델 선택에 영향을 미친다.

ABSTRACT

We show that the evolution of the number density of rich clusters of galaxies breaks the degeneracy between Omega (the mass density ratio of the universe) and sigma_{8} (the normalization of the power spectrum), sigma_{8}Omega^{0.5} \simeq 0.5, that follows from the observed present-day abundance of rich clusters. The evolution of high-mass (Coma-like) clusters is strong in Omega=1, low-sigma_{8} models (such as the standard biased CDM model with sigma_{8} \simeq 0.5), where the number density of clusters decreases by a factor of \sim 10^{3} from z = 0 to z \simeq 0.5; the same clusters show only mild evolution in low-Omega, high-sigma_{8} models, where the decrease is a factor of \sim 10. This diagnostic provides a most powerful constraint on Omega. Using observations of clusters to z \simeq 0.5-1, we find only mild evolution in the observed cluster abundance. We find Omega = 0.3 \pm 0.1 and sigma_{8} = 0.85 \pm 0.15 (for Lambda = 0 models; for Omega + Lambda = 1 models, Omega = 0.34 \pm 0.13). These results imply, if confirmed by future surveys, that we live in a low-den sity, low-bias universe.

연구 동기 및 목표

• 군집 진화 데이터를 이용하여 Ω와 σ_8 사이의 비의존성 문제를 해결하기 위해.
• 관측된 고질량 군집의 진화를 이용해 z ≈ 0.5–1까지의 우주 질량 밀도 Ω를 결정하기 위해.
• 관측된 군집 밀도의 경미한 진화가 낮은 Ω 모델인지 높은 Ω 모델인지 선호하는지 테스트하기 위해.
• Λ = 0 및 Ω + Λ = 1 모델에서 우도론적 파라미터를 제약하기 위해.

제안 방법

• 다양한 우주론적 모델(Ω = 1 대비 저-Ω)에서 rich 군집 수 밀도의 진화를 모델링하기 위해.
• z ≈ 0.5–1까지의 관측 데이터와 이론적 군집 밀도 진화 예측을 비교하기 위해.
• Ω = 1, 저-σ_8 모델(예: 표준 CDM에서 σ_8 ≈ 0.5)에서는 고질량 군집의 강한 진화가 예측되나, 저-Ω, 고-σ_8 모델에서는 경미한 진화가 예측됨을 이용하기 위해.
• 군집 진화가 Ω–σ_8 비의존성 문제를 해결할 수 있으며, 더 강력한 제약을 가능하게 한다는 진단 도구를 적용하기 위해.
• 관측된 군집 수를 이론적 모델에 맞추어 Ω와 σ_8에 대한 제약을 도출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 rich 군집 밀도의 진화는 어떻게 우주의 질량 밀도 Ω를 제약하는가?
• RQ2 군집 진화는 Ω와 σ_8 사이의 비의존성 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ3 관측된 군집 진화(0에서 z ≈ 0.5–1까지)와 가장 잘 맞는 우도론적 모델은 높은 Ω 모델인지 낮은 Ω 모델인가?
• RQ4 만약 Ω가 낮다면, 은하 형성의 편향에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 관측된 군집 밀도는 z ≈ 0에서 z ≈ 0.5–1로의 진화가 매우 경미하며, 이는 Ω = 1, 저-σ_8 모델에서 예상되는 강한 진화와 일치하지 않는다.
• 데이터는 저-Ω 우주를 지지하며, Λ = 0 모델에서 Ω = 0.3 ± 0.1을 도출한다.
• Ω + Λ = 1 모델에서는 Ω = 0.34 ± 0.13를 얻는다.
• 유도된 σ_8 값은 0.85 ± 0.15로, 표준 CDM의 약 ~0.5보다 훨씬 크다.
• 향후 조사에서 확인된다면, 낮은 편향, 낮은 밀도 우주를 시사한다.