[논문 리뷰] The 400d Galaxy Cluster Survey weak lensing programme: III: Evidence for consistent WL and X-ray masses at $z\approx 0.5$

H. Israel, T. H. Reiprich외 5명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 94인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 0.5에서의 여덟 개인 은하단에 대해 MMT/Megacam 영상과 Chandra X선 자료를 이용하여 약한 렌즈링(WL) 및 X선 질량 추정치를 조사한다. WL과 X선 질량 간에 뛰어난 일치를 발견하였으며, 표본 전반에 걸쳐 유의미한 편향이 없었고, 저질량 은하단에서는 X선 질량이 과대평가될 가능성이 2σ 정도로 나타났다. 이는 Planck 결과에서 제기된 40%의 X선 질량 편향 주장에 도전하는 바이다.

ABSTRACT

Scaling properties of galaxy cluster observables with mass provide central insights into the processes shaping clusters. Calibrating proxies for cluster mass will be crucial to cluster cosmology with upcoming surveys like eROSITA and Euclid. The recent Planck results led to suggestions that X-ray masses might be biased low by $\sim\!40$ %, more than previously considered. We extend the direct calibration of the weak lensing -- X-ray mass scaling towards lower masses (as low as $1\! imes\!10^{14}\,\mathrm{M}_{\odot}$) in a sample representative of the $z\!\sim\!0.4$--$0.5$ population. We investigate the scaling of MMT/Megacam weak lensing (WL) masses for $8$ clusters at $0.39\!\leq\!z\!\leq\!0.80$ as part of the \emph{400d} WL programme with hydrostatic extit{Chandra} X-ray masses as well as those based on the proxies, e.g. $Y_{\mathrm{X}}\!=\!T_{\mathrm{X}}M_{\mathrm{gas}}$. Overall, we find good agreement between WL and X-ray masses, with different mass bias estimators all consistent with zero. Subdividing the sample, we find the high-mass subsample to show no significant mass bias while for the low-mass subsample, there is a bias towards overestimated X-ray masses at the $\sim\!2σ$ level for some mass proxies. The overall scatter in the mass-mass scaling relations is surprisingly low. Neither observation can be traced back to the parameter settings in the WL analysis. We do not find evidence for a strong ($\sim\!40$ %) underestimate in the X-ray masses, as suggested to reconcile Planck cluster counts and cosmological constraints. For high-mass clusters, our measurements are consistent with studies in the literature. The mass dependent bias, significant at $\sim\!2σ$, may hint at a physically different cluster population (less relaxed clusters with more substructure and mergers); or it may be due to small number statistics.

연구 동기 및 목표

• z ≈ 0.5에서 약한 렌즈링 질량에 대한 X선 질량 프록시를 校정하며, 저질량 영역(~1×10¹⁴ M☉)까지 확장한다.
• Planck 은하단 수량에서 제기된 것처럼 X선 질량이 약 40% 낮게 추정되는지 테스트한다.
• 직접적인 WL 비교를 통해 비균형 상태이거나 저질량 은하단에서의 X선 질량 추정치의 신뢰성을 평가한다.
• 높은 적색편이에서 WL–X선 질량 스케일링 관계의 산란과 체계적 오차를 평가한다.
• 저질량, 고적색편이 은하단에서 질량 의존적 편향이 나타나는지 확인한다.

제안 방법

• 0.39 ≤ z ≤ 0.80 범위의 400d 은하단 조사에 속한 여덟 은하단에 대해 깊은 MMT/Megacam 영상으로 약한 렌즈링 질량을 측정하였다.
• Chandra 관측 자료로부터의 수압 X선 질량과 YX = TXMgas 등의 프록시와 WL 질량을 비교하였다.
• 상관관계 영향을 최소화하기 위해 고정된 물리적 반경(r500) 내에서 질량 스케일링 관계를 분석하였다.
• 표본을 저질량 및 고질량 하위표본으로 분할하여 질량 의존적 편향 여부를 테스트하였다.
• WL 및 X선 질량 추정치의 산란과 체계적 오차를 평가하였으며, 희석 및 원천 적색편이 분포를 고려하였다.
• 외부 표본(예: Mahdavi 등 2013, Foëx 등 2012)과의 교차 검증을 통해 결과의 일관성과 대표성을 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.5에서 약한 렌즈링 질량과 X선 질량 추정치 사이에 유의미한 편향이 존재하는가?
• RQ2 Planck 은하단 수량에서 암시된 것처럼 X선 질량이 진짜 은하단 질량보다 약 40% 낮게 추정되는가?
• RQ3 z ≈ 0.5에서 질량 ~1×10¹⁴ M☉인 저질량 은하단에서 질량 의존적 편향이 존재하는가?
• RQ4 WL–X선 질량 스케일링 관계에서 놀랍게 낮은 산란은 무엇 때문인가?
• RQ5 약한 렌즈링 분 析의 체계적 오차나 은하단의 부구조가 저질량 은하단에서의 이격을 설명하는가?

주요 결과

• 전체 표본 전반에 걸쳐 약한 렌즈링 질량과 X선 질량 간에 유의미한 질량 편향이 없었으며, 모든 편향 추정기법이 0과 일치하였다.
• 저질량 하위표본에서 X선 질량 과대평가 가능성이 2σ 수준에서 나타났으며, 이는 질량 의존적 편향의 가능성을 시사한다.
• WL–X선 질량 스케일링 관계의 전체 산란은 놀랄 만큼 낮았으며, WL 분 析 체계적 오차나 질량 범위의 차이로 기인하지 않았다.
• 400d 표본은 z≈0.4–0.5 은하단 집단을 대표하며, 유의미한 적색편이 의존적 추세가 없었다.
• 40% X선 질량 과소평가 주장은 고질량 은하단이나 전체 표본에서 그러한 편향이 관측되지 않음에 따라 도전받는다.
• 저질량 은하단에서 관측된 질량 의존적 편향은 증가한 부구조나 충돌 활동 때문일 수 있으며, 또는 소수의 통계적 요인 때문일 수 있다.