[논문 리뷰] Detection of a filament connected to CL0016 with weak gravitational lensing

Yuichi Higuchi, Masamune Oguri외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 심층적인 Subaru/Suprime-Cam 이미징을 사용하여 두 은하 클러스터 CL0016와 RX J0018를 연결하는 천체망대의 약한 중력 렌즈 효과를 탐지한다. 두 가지 독립적인 배경 제거 방법을 적용하여 망대의 렌즈 신호를 분리한 결과, 표면 질량 밀도 $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$ 를 측정하였으며, 이는 $\geq 2\sigma$ 유의수준에서 망대의 존재를 확인하고 대규모 구조 형성에 대한 새로운 탐사 수단을 제공한다.

ABSTRACT

We report on the weak lensing detection of a filament between two galaxy clusters at $z=0.55$, CL0015.9+1609 and RX J0018.3+1618. We conduct weak lensing analysis of deep multi-band Subaru/Suprime-Cam images with $Lensfit$. The weak lensing signals from the filament are contaminated by signals from the adjacent massive clusters and we statistically subtract the cluster component using two different methods. Both methods yield consistent shear profiles on the filament with $\gtrsim2σ$ significance and the average surface mass density of the filament is $=(3.20\pm0.10) imes10^{14}h$ M$_\odot$Mpc$^{-2}$, which is in broad agreement with previous studies. On-going surveys such as Hyper Suprime-Cam will identify more filaments, which will serve as a new probe of structure formation in the Universe.

연구 동기 및 목표

• 두 거대 은하 클러스터인 CL0016와 RX J0018를 연결하는 천체망대를 약한 중력 렌즈 효과를 통해 탐지하기 위해.
• 거대한 전경 클러스터의 렌즈 신호로부터 오염을 제거하기 위해 두 가지 통계적 배경 제거 기법을 개발하고 적용하기 위해.
• 망대의 투영 표면 질량 밀도를 측정하고 이론적 예측 및 이전 연구와 비교하기 위해.
• 다양한 배제 영역 정의에 걸쳐 톱니형 및 교차 휨 프로파일을 사용하여 맹대 탐지의 유의수준을 검증하기 위해.
• 약한 렌즈 효과가 대규모 우주에서 막대한 구조를 연구하는 데 있어 신뢰할 수 있는 탐사 수단으로 가능한지를 보여주기 위해.

제안 방법

• 광학적 적색편이를 사용하여 배경 은하를 선별하기 위해 Subaru/Suprime-Cam의 심층 다중 대역 이미징을 활용하였다.
• 은하 타원도를 측정하고 감소한 휨 $\mathbf{g} = \gamma / (1 - \kappa)$ 를 추정하기 위해 $\text{Lensfit}$ 소프트웨어를 적용하였다.
• 렌즈 휨에서 수렴도 지도를 구성하여 맹대의 투영 질량 분포를 재구성하였다.
• 두 가지 배경 제거 방법을 사용하였다: (1) 클러스터의 최적 적합 NFW 프로파일을 빼고, (2) 맹대 반대편의 휨 프로파일을 빼는 방식이다.
• 클러스터로부터의 오염을 최소화하기 위해 $r_{\text{vir}}$ 를 사용하여 배제 영역을 정의하였다.
• 간단성과 비교를 위해 일정한 수렴도 프로파일을 가정한 분석 모델로 톱니형 휨 프로파일을 피팅하였으며, $\theta_c = 2$ 분으로 고정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량이 큰 클러스터에 의해 오염되는 상황에서, $z = 0.55$ 에 위치한 두 은하 클러스터를 연결하는 맹대가 약한 중력 렌즈 효과를 통해 신뢰성 있게 탐지될 수 있는가?
• RQ2 다양한 배경 제거 기법이 맹대의 렌즈 신호의 신뢰성과 유의수준에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 맹대의 투영 표면 질량 밀도는 얼마이며, $\Lambda$CDM 시뮬레이션 예측 및 이전의 약한 렌즈 연구와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 측정된 휨 프로파일이 영가설에서 얼마나 벗어나며, 통계적으로 유의미한 탐지임을 나타내는가?
• RQ5 맹대의 약한 렌즈 효과가 $\Lambda$CDM 프레임워크 내에서 구조 형성 모델을 시험하는 데 실현 가능한 탐사 수단이 될 수 있는가?

주요 결과

• 모든 배제 영역 정의 및 두 가지 배경 제거 방법 모두에서 맹대의 렌즈 신호가 $\geq 2\sigma$ 유의수준에서 탐지되었다.
• 맹대의 평균 표면 질량 밀도는 $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$ 로 측정되었으며, 이는 이전의 약한 렌즈 연구 결과와 일치한다.
• CL0016의 위르발 질량 및 농도는 각각 $M_{\text{vir}} = (2.09^{+0.10}_{-0.21}) \times 10^{15}h^{-1}M_\odot$ 와 $c_{\text{vir}} = 5.56^{+0.63}_{-0.79}$ 로 추정되었다.
• RX J0018의 위르발 질량 및 농도는 각각 $M_{\text{vir}} = (4.51^{+1.13}_{-1.05}) \times 10^{14}h^{-1}M_\odot$ 와 $c_{\text{vir}} = 4.61^{+1.90}_{-1.35}$ 로 추정되었다.
• 맹대의 톱니형 휨 프로파일은 시뮬레이션 예측과 일치하며, 교차 휨 신호는 유의미하게 나타나지 않아 렌즈 신호가 맹대 축과 정렬되어 있음을 확인하였다.
• 수렴도 지도에서 두 클러스터 사이에 명확한 질량 다리가 나타나, 이들이 연결된 맹대적 구조가 존재함을 지지한다.