[논문 리뷰] Gravitational `Convergence' and Cluster Masses

Tom Broadhurst|arXiv (Cornell University)|1995. 12. 01.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 렌즈 효과를 겪는 은하에서 색에 따라 달라지는 군집의 수축성과 집합체 질량을 측정하는 방법을 제안한다. 배경 은하의 적색이동에 따라 달라지는 색 분포를 활용하여 약한 렌즈 데이터에서 수축성을 분리함으로써 고해상도가 필요 없는 모델에 종속되지 않는 질량 추정이 가능해진다.

ABSTRACT

Two colour photometry of the cluster A1689 reveals a `relative magnification-bias' between lensed blue and red background galaxies, arising from a dependence of the faint galaxy count-slope on colour. The colour distribution is skewed blueward of the far field, allowing us to measure the cluster magnification and to understand the notorious blueness of large arcs. We show that the magnification information can be combined with the usual image distortion measurements to isolate the local `convergence' component of lensing and hence derive the projected mass. This is achieved through a simple local relation between the convergence and the observables, which can be applied generally over the surface a cluster. In the weak lensing limit, the convergence reduces to a dependence on the magnification alone, so that in the outskirts of clusters the surface-density of matter is obtained directly from the surface-density of background galaxies. Hence, useful lensing work requires colour information but not necessarily good seeing. Interestingly, convergence varies slowly at high redshift, saturating at a level depending on the Horizon distance, allowing a useful model-independent measurement of the Global Geometry.

연구 동기 및 목표

• 약한 렌즈 데이터를 사용하여 은하 군집에서 중력 수축성을 측정하는 데 도전하는 것.
• 고해상도 영상과 복잡한 모델링이 필요로 하는传통적 렌즈 방법의 한계를 극복하는 것.
• 색 정보를 활용하여 수축성과 확대 효과를 분리하는 방법을 개발하는 것.
• 고해상도 영상이 필요 없이 은하 수와 색 정보만으로 군집 외곽의 표면 질량 밀도를 직접 측정하는 것.
• 고적색이동에서의 수축성을 통해 전반적인 기하학적 특성을 모델에 종속되지 않게 탐색하는 것.

제안 방법

• 은하 군집 A1689의 배경 은하에 대해 이색도 측정을 사용하여 색에 따라 달라지는 확대 효과의 편향을 탐지한다.
• 어두운 배경 은하의 색 분포에서 파란쪽으로 기울어진 경향을 확인함으로써 확대 효과의 편향을 나타낸다.
• 수축성과 관측 가능한 확대 효과 및 색 사이의 局소적 관계를 유도하며, 이는 군집 표면 전역에서 유효하다.
• 이 관계를 약한 렌즈 한계에서 적용함으로써 수축성이 확대 효과에만 의존하게 하여 질량 재구성의 단순화를 이룬다.
• 수축성 측정값과 표준 영상 왜곡 데이터를 조합하여 투사 질량 분포를 분리한다.
• 색 정보만으로도 양호한 시야 조건이 없이도 표면 질량 밀도를 도출할 수 있음을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 색 정보를 사용하여 약한 중력 렌즈에서 휘어짐과 독립적으로 수축성을 측정할 수 있는가?
• RQ2 배경 은하의 확대 효과는 그들의 색과 적색이동에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 고해상도 영상이 필요 없이 은하 수와 색 정보만으로 표면 질량 밀도를 유도할 수 있는가?
• RQ4 고적색이동에서 수축성의 행동은 어떠하며, 이를 통해 전반적인 기하학적 특성에 제약을 줄 수 있는가?
• RQ5 파란 은하와 빨간 은하 사이의 상대적 확대 효과 편향은 아치 형성과 군집 질량 추정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 어두운 은하의 수렴 기울기의 색 의존성으로 인해 파란 배경 은하와 빨간 배경 은하 사이의 상대적 확대 효과 편향이 관측되었다.
• 원거리 영역에서 배경 은하의 색 분포는 파란쪽으로 기울어져 있으며, 이는 확대 효과와 수축성 측정이 가능함을 의미한다.
• 수축성은 수축성과 관측 가능한 확대 효과 및 색 사이의 단순한 局소적 관계를 통해 분리될 수 있으며, 이는 군집 표면 전역에서 유효하다.
• 약한 렌즈 영역에서는 수축성이 확대 효과에만 의존하게 되어, 은하 수만으로도 표면 질량 밀도를 직접 측정할 수 있다.
• 고적색이동에서 수축성은 느리게 변화하며, 수평 거리에 따라 정체되는 수준에 도달하며, 이는 모델에 종속되지 않는 전반적 기하학의 탐색 수단이 된다.
• 이 방법은 고해상도가 필요 없이 색 정보와 은하 수만으로도 정확한 군집 질량 측정이 가능하게 한다.