[논문 리뷰] Improved Cosmological Constraints from SDSS redMaPPer Clusters via X-ray Follow-up of a Complete Subsample of Systems

Matthew Kirby, Eduardo Rozo외 8명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 SDSS redMaPPer 은하단에서 우주론적 제약을 향상시키기 위해 가장 빽신(richest) 30개의 은하단을 완전한 샘플로 포함하여 Chandra X선 관측을 통합함으로써 수행된다 (z ∈ [0.1, 0.3]). richness–mass, gas mass–mass, 그리고 우주론적 파라미터를 동시에 모델링함으로써, Ωₘ 와 σ₈ 의 제약을 각각 25.5%와 29.8% 향상시켰으며, 이는 Planck 이른 우주 결과와 일치하는 결과를 도출한다.

ABSTRACT

We improve upon the cosmological constraints derived from the abundance and weak-lensing data of redMaPPer clusters detected in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Specifically, we derive gas mass data using Chandra X-ray follow-up of a complete sample of the 30 richest SDSS redMaPPer clusters with $z\in[0.1,0.3]$, and use these additional data to improve upon the original analysis by Costanzi et al. (2019b). We simultaneously fit for the parameters of the richness-mass relation, the cluster gas mass-mass relation, and cosmology. By including our X-ray cluster sample in the SDSS cluster cosmology analysis, we measure $Ω_{ m m} = 0.25 \pm 0.04$ and $σ_8 = 0.85^{+0.06}_{-0.08}$. These constraints represent a 25.5% and 29.8% reduction in the size of the 68% confidence intervals of $Ω_{ m m}$ and $σ_8$ respectively, relative to the constraints published in Costanzi et al. (2019b). Our cosmological constraints are in agreement with early universe results from Planck. As a byproduct of our analysis, we also perform an independent calibration of the amplitude of the $\langle M_{ m gas}^{ m true}|M_{ m 500c} angle$ scaling relation. Our calibration is consistent with and of comparable precision to that of Mantz et al. (2016b).

연구 동기 및 목표

• 고정밀도 X선 기체 질량 측정치를 통합함으로써 광학적으로 선택된 은하단에서 우주론적 제약을 향상시키기 위해.
• SDSS redMaPPer 목록 내 가장 빽신 30개 은하단의 완전한 X선 관측 샘플을 통해 richness–mass 및 기체 질량–질량 스케일링 관계의 불확실성을 감소시키기 위해.
• 광학적 밀도, 약한 렌즈링, X선 기체 질량 데이터를 동시에 통합하여 공동 우도 분석을 수행함으로써 Ωₘ 와 σ₈ 의 더 엄밀한 제약을 가능하게 하기 위해.
• 미래의 은하단 우주론 연구에서의 견고성 향상을 위해 진정한 기체 질량–은하단 질량 관계를 독립적으로 보정하기 위해.

제안 방법

• z ∈ [0.1, 0.3] 범위 내에서 SDSS redMaPPer 은하단 중 가장 빽신 30개의 11개에 대해 Chandra X선 관측을 확보하여 R₅₀₀c 내 진정 기체 질량 (M_gas^true) 을 측정함.
• 기존 자료와 결합하여 선택 편향이 최소화된 30개 은하단의 완전한 샘플을 구성함.
• richness–mass 관계, 기체 질량–질량 관계, 그리고 우주론적 파라미터(Ωₘ, σ₈)를 동시에 피팅하는 공동 우도 모델을 구축함.
• 추론의 안정성과 산란 관련 불확실성 감소를 위해 기체 질량–질량 관계에 보수적인 사전 분포를 적용함.
• 스택드 약한 렌즈링 질량을 사용하여 평균 richness–mass 관계를 보정하였으며, X선 기체 질량은 낮은 산란과 편향이 없는 질량 프록시를 제공함.
• 추가로 Baryon Acoustic Oscillations (BAO) 자료를 통합하여 우주론적 제약을 더욱 강화함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Chandra 로부터의 X선 기체 질량 측정치는 SDSS 에서 광학적으로 선택된 은하단에서 유도된 우주론적 제약에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 가장 빽신 은하단의 완전한 X선 관측 샘플을 포함함으로써 richness–mass 및 기체 질량–질량 스케일링 관계의 불확실성은 어느 정도 감소하는가?
• RQ3 낮은 산란과 편향이 없는 질량 프록시가 Ωₘ 와 σ₈ 와 같은 우주론적 파라미터 제약의 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Mantz 등 (2016b) 과 같은 이전 연구와 비교해 볼 때 진정한 기체 질량–은하단 질량 관계의 보정은 어떻게 다를까?
• RQ5 공동 분석에서 X선 자료를 광학/X선/BAO 데이터에 통합함으로써 Ωₘ 와 σ₈ 의 제약은 얼마나 더 강화되는가?

주요 결과

• Chandra X선 자료 통합으로 Costanzi 등 (2019b) 의 이전 분석 대비 Ωₘ 의 68% 신뢰구간 폭이 25.5% 감소하였고, σ₈ 는 29.8% 감소함.
• 최종 우주론적 제약는 Ωₘ = 0.25 ± 0.04 와 σ₈ = 0.85⁺⁰.⁰⁶₋₀.⁰⁸ 이며, Planck 이른 우주 결과와 일치함.
• ⟨M_gas^true|M₅₀₀c⟩ 스케일링 관계의 폭은 독립적으로 보정되었으며, Mantz 등 (2016b) 와 일치하고 정밀도도 유사함.
• C19 대비 richness–mass 관계 파라미터 log M₁ 과 α_λ 의 68% 신뢰구간 폭은 각각 39.3%와 30.8% 감소함.
• BAO 자료와 결합할 경우, X선 샘플 통합으로 인해 Ωₘ 와 σ₈ 의 68% 신뢰구간 폭은 각각 36.5%와 32.3% 더 감소함.
• 분석 결과, 완전하고 낮은 산란의 질량 프록시(X선 기체 질량)를 사용할 경우 우주론적 사후 불확실성이 크게 감소함을 입증하였으며, 이는 편향 없이 더 엄밀한 제약을 가능하게 함.