[논문 리뷰] Halo cluster shapes: Insights from simulated galaxies and ICL with prospects for weak lensing applications

Elizabeth Johana Gonzalez, Cinthia Ragone-Figueroa외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 108인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 우주론적 유체역학 시뮬레이션을 사용하여 은하단 내 어둠성 물질, 은하 구성원 및 간성간 빛(ICL)의 형태와 정렬을 분석한다. 연구 결과, 은하 구성원과 ICL는 어둠성 물질 헬로의 방향성을 효과적으로 추적하는 것으로 나타났으며, 특히 저질량 은하단에서 뚜렷한 정렬과 더 낮은 희석 효과를 보이는 농축된 은하가 약한 렌즈 스택에서 더 우수한 성능을 보였다.

ABSTRACT

We present a detailed study of the shapes and alignments of different galaxy cluster components using hydrodynamical simulations. We compute shape parameters from the Dark Matter (DM) distribution, the galaxy members and the intra-cluster light (ICL). We assess how well the DM cluster shape can be constrained by means of the identified galaxy member positions and the ICL. Further, we address the dilution factor introduced when estimating the cluster elongation using weak-lensing stacking techniques, which arises due to the misalignment between the total surface mass distribution and the distribution of luminous tracers. The dilution is computed considering the alignment between the DM and the Brightest Cluster Galaxy, the galaxy members and the ICL. Our study shows that distributions of galaxy members and ICL are less spherical than the DM component, although both are well aligned with the semi-major axis of the later. We find that the distribution of galaxy members hosted in more concentrated subhalos is more elongated than the distribution of the DM. Moreover, these galaxies are better aligned with the dark matter component compared to the distribution of galaxies hosted in less concentrated subhalos. We conclude that the positions of galaxy members can be used as suitable tracers to estimate the cluster surface density orientation, even when a low number of members is considered. Our results provide useful information for interpreting the constraints on the shapes of galaxy clusters in observational studies.

연구 동기 및 목표

• 은하단 내 어둠성 물질(DM) 헬로의 형태와 정렬을 은하 구성원의 위치와 간성간 빛(ICL)이 얼마나 잘 추적하는지 평가하기 위해.
• 빛나는 추적자와 진짜 DM 표면 질량 분포 간의 정렬 불일치로 인해 약한 렌즈 스택에서 발생하는 희석 요인을 정량화하기 위해.
• 다른 은하단 중심 반경과 질량 범위에서 어둠성 물질, 은하 구성원, ICL의 형태와 정렬을 비교하기 위해.
• 관측적 약한 렌즈 연구에서 어둠성 물질 헬로의 정렬을 제약하기 위해 사용되는 다양한 추적자—은하 구성원, ICL, BCG—의 효과성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 실제 은하단 환경을 모의하기 위해 미세구조 간섭 물리학을 포함한 우주론적 유체역학 시뮬레이션을 사용하였다.
• 추적자 위치(DM, 은하, ICL)에서 투영된 등밀도 등고선과 관성 텐서 방법을 사용하여 형태 매개변수를 계산하였다.
• 형태 변화를 중심에서 외곽까지 분석하기 위해 R200까지의 반경별 밴드를 정의하였다.
• 은하, ICL, BCG와 어둠성 물질 헬로의 장축(SMA) 간의 정렬 불일치 각도를 측정하였다.
• 추적자-DM 불일치에 기반하여 약한 렌즈 스택에서 관측된 타원도와 진짜 투영 타원도의 비율인 희석 요인 D를 계산하였다.
• 은하의 주변 어둠성 물질 하핵의 농축도에 따라 농축형과 확산형으로 분류하여 정렬 및 형태 특성을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 구성원 분포는 기저 어둠성 물질 헬로의 형태와 정렬을 얼마나 잘 추적하는가?
• RQ2 추적자 정렬 불일치가 약한 렌즈 스택에서 추정된 타원도에 어떤 영향을 미치며, 이 희석은 은하단 질량과 추적자 유형에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 간성간 빛(ICL)과 은하 구성원의 형태는 어둠성 물질 분포와 어떻게 비교되는가? 어둠성 물질 헬로와 더 잘 정렬되어 있는가?
• RQ4 낮은 구성원 수를 가진 은하단에서 농축된 은하는 확산된 은하보다 더 신뢰할 수 있는 정렬 추정치를 제공하는가?
• RQ5 ICL는 약한 렌즈 형태 측정에서 어둠성 물질 표면 질량 분포에 대한 견고한 대체 측정치로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 은하 구성원은 어둠성 물질 분포보다 더 구형에 가까운 편이 아니며, 어둠성 물질 값의 ≲0.85배의 중간 투영 반축 비율을 보이며 더 길쭉한 분포임을 시사한다.
• 낮은 수의 추적자조차도 어둠성 물질 헬로의 장축과 약 ∼10°의 중간 정렬 불일치를 보이며, 소음 편향에도 불구하고 강한 정렬을 나타낸다.
• 농축된 은하는 확산된 은하보다 더 길쭉하고 어둠성 물질 헬로와 더 잘 정렬되어 있으며, 약한 렌즈 스택에서 훨씬 낮은 희석 효과를 보인다.
• ICL는 어둠성 물질 표면 질량 분포보다 더 길쭉하며, 중간 반축 비율이 낮은 값으로 편향되어 있으며, 어둠성 물질 표면 질량 분포와 매우 밀접한 정렬(중간 정렬 불일치 ∼5°)을 보인다.
• 저질량 은하단(100개 미만의 구성원)에서는 희석이 심각하게 나타나며(D ≲ 0.6), 분석을 농축된 은하로 제한하거나 외곽까지 ICL를 사용함으로써 감소시킬 수 있다.
• BCG의 정렬은 특히 안정된 은하단에서 희석 감소에 중간 정도의 효과를 보이며, 형태 편향을 최소화하는 데서는 농축된 은하와 ICL에 뒤지지 않는다.