[논문 리뷰] The 400d Galaxy Cluster Survey Weak Lensing Programme: I: MMT/Megacam Analysis of CL0030+2618 at z=0.50

H. Israel, T. Erben외 8명|2009. 11. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 82인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 깊은 MMT/Megacam g′r′i′ 이미징을 사용하여 z=0.50에서 고적색편이를 가진 은하단 CL0030+2618에 대한 최초의 약한 중력 렌즈 분석을 수행한다. 5.8σ의 렌즈 신호를 검출하고, M₂₀₀ = 7.2⁺³.⁶⁺².³₋₂.⁹₋₂.⁵ × 10¹⁴ M☉의 궁극적 질량을 유도한다. 이 렌즈 질량은 X선 수압 질량 추정치와 놀랄 만큼 잘 일치하며, 우주론적 설문 조사에서 고적색편이 은하단에 대해 약한 중력 렌즈가 강력하고 독립적인 질량 측정 수단임을 검증한다.

ABSTRACT

The mass function of galaxy clusters at high redshifts is a particularly useful probe to learn about the history of structure formation and constrain cosmological parameters. We aim at deriving reliable masses for a high-redshift, high-luminosity sample of clusters of galaxies selected from the 400d survey of X-ray selected clusters. Here, we will focus on a particular object, CL0030+2618 at z=0.50 Using deep imaging in three passbands with the MEGACAM instrument at MMT, we show that MEGACAM is well-suited for measuring gravitational shear. We detect the weak lensing signal of CL0030+2618 at 5.8 sigma significance, using the aperture mass technique. Furthermore, we find significant tangential alignment of galaxies out to ~10 arcmin or >2r_200 distance from the cluster centre. The weak lensing centre of CL0030+2618 agrees with several X-ray measurements and the position of the brightest cluster galaxy. Finally, we infer a weak lensing virial mass of M_200=7.5 10^{14} M_sun for CL0030+2618. Despite complications by a tentative foreground galaxy group in the line of sight, the X-ray and weak lensing estimates for CL0030+2618 are in remarkable agreement. This study paves the way for the largest weak lensing survey of high-redshift galaxy clusters to date.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이를 가진 은하단 CL0030+2618의 질량을 약한 중력 렌즈를 통해 독립적인 은하단 질량 측정 수단으로 측정하기 위해.
• 고적색편이 은하단에 대해 약한 렌즈 질량 추정치와 X선 수압 질량 측정치 사이의 일관성을 평가하기 위해.
• 깊은 이미징 설문 조사에서 약한 렌즈 휨 측정에 대해 MMT/Megacam 기구의 성능을 평가하기 위해.
• 전경 구조와 형상 측정 불확실성으로 인한 잠재적 시스템적 오차가 질량 추정치에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 고품질 옵티컬 데이터를 기반으로 400d 은하단 설문 조사에 대한 신뢰할 수 있는 렌즈 질량 교정을 수립하기 위해.

제안 방법

• MMT 망원경에 장착된 Megacam 기구를 사용하여 CL0030+2618의 깊은 g′r′i′ 대역 이미징을 확보하였다.
• 사진적 적색편이와 은하 형상 측정은 수정된 THELI 파이프라인과 KSB 형상 측정 방법을 사용하여 유도하였다.
• g′r′i′ 대역에서 색상-등급 선택을 통해 배경 은하의 렌즈 카탈로그를 구성하여 은하단 구성원과 배경 소스를 분리하였다.
• 공간적 질량 기법을 적용하여 약한 렌즈 신호를 검출하고 은하단의 질량 지도를 구성하였다.
• 휨 프로파일을 NFW 프로파일에 맞춰 궁극적 반경 r₂₀₀와 농도 계수 c_NFW를 유도하였다.
• 우도 기반 오차 분석을 사용하여 휨 校정, 적색편이 분포, 은하단 비구형성 등 시스템적 불확실성을 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색편이 은하단 CL0030+2618의 약한 렌즈 질량은 얼마이며, X선 기반 수압 질량 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 MMT/Megacam 기구는 고적색편이 은하단 연구에 대해 약한 중력 렌즈 휨을 신뢰성 있게 측정할 수 있는가?
• RQ3 z≈0.25에서의 전경 구조는 CL0030+2618의 렌즈 질량 및 X선 질량 추정치에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 약한 렌즈 중심과 가장 밝은 은하단 성간성(BCG) 위치는 X선 중심과 얼마나 일치하는가?
• RQ5 고적색편이 은하단에 대한 약한 렌즈 질량 추정에서 지배적인 시스템적 오차는 무엇이며, 어떻게 정량화할 수 있는가?

주요 결과

• 공간적 질량 기법을 사용하여 5.84σ의 뚜렷한 약한 렌즈 신호를 검출하였다.
• 배경 은하 형상의 탄성 정렬은 약 10분 정도, 즉 2r₂₀₀를 초월하여 연장되어 대규모 질량 분포를 나타낸다.
• 약한 렌즈 중심은 X선 중심과 가장 밝은 은하단 성간성(BCG) 위치와 일치한다.
• 최적의 NFW 모델은 r₂₀₀ = 1.52⁺⁰.²²₋₀.²⁴ Mpc와 c_NFW = 2.0⁺¹.⁸₋₁.²을 도출하여, 이 은하단이 낮은 농도를 가짐을 나타낸다.
• 약한 렌즈 궁극적 질량은 M₂₀₀ = 7.2⁺³.⁶⁺².³₋₂.⁹₋₂.⁵ × 10¹⁴ M☉로 유도되었으며, 통계적 및 시스템적 불확실성을 포함하였다.
• 이 렌즈 질량은 X선 수압 질량 추정치인 M_hyd = 6.26 ± 1.26 × 10¹⁴ M☉와 매우 우아하게 일치하여, 두 방법의 강건성을 확인한다.