[논문 리뷰] The Highest Resolution Mass Map of Galaxy Cluster Substructure To Date Without Assuming Light Traces Mass: LensPerfect Analysis of Abell 1689

Dan Coe, N. Benı́tez외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 55

한 줄 요약

이 연구는 빛이 질량을 따라간다는 가정 없이, 168개의 다중 이미지 위치를 정확히 재현하는 LensPerfect 강한 렌즈 모델을 사용하여, 지금까지 가장 높은 해상도로 은하단체 아벨 1689의 질량 지도를 제시한다. 이 모델은 약 25 kpc 해상도에 도달하며, ~10개의 개별 은하 하중하우프와 높은 농도(с₂₀₀ = 9.2 ± 1.2)를 포함한 부하하우프를 드러내며, 강한 렌즈 및 약한 렌즈 데이터를 동시에 NFW 또는 세르시(Profile) 프로파일로 잘 맞추는 데 성공한다.

ABSTRACT

We present a strong lensing mass model of Abell 1689 which resolves substructures ~25 kpc across (including about ten individual galaxy subhalos) within the central ~400 kpc diameter. We achieve this resolution by perfectly reproducing the observed (strongly lensed) input positions of 168 multiple images of 55 knots residing within 135 images of 42 galaxies. Our model makes no assumptions about light tracing mass, yet we reproduce the brightest visible structures with some slight deviations. A1689 remains one of the strongest known lenses on the sky, with an Einstein radius of RE = 47.0" +/- 1.2" (143 +3/-4 kpc) for a lensed source at zs = 2. We find a single NFW or Sersic prole yields a good fit simultaneously (with only slight tension) to both our strong lensing (SL) mass model and published weak lensing (WL) measurements at larger radius (out to the virial radius). According to this NFW fit, A1689 has a mass of Mvir = 2.0 +0.5/-0.3 x 10^15 Msun / h70 (M200 = 1.8 +0.4/-0.3 x 10^15 Msun / h70) within the virial radius rvir = 3.0 +/- 0.2 Mpc / h70 (r200 = 2.4 +0.1/-0.2 Mpc / h70), and a central concentration cvir = 11.5 +1.5/-1.4 (c200 = 9.2 +/- 1.2). Our SL model prefers slightly higher concentrations than previous SL models, bringing our SL+WL constraints in line with other recent derivations. Our results support those of previous studies which find A1689 has either an anomalously large concentration or significant extra mass along the line of sight (perhaps in part due to triaxiality). If clusters are generally found to have higher concentrations than realized in simulations, this could indicate they formed earlier, perhaps as a result of early dark energy.

연구 동기 및 목표

• 빛이 질량을 따라간다는 가정 없이, 지금까지 가장 높은 해상도로 은하단체의 질량 지도를 제작하는 것.
• 강한 중력 렌즈를 사용해 아벨 1689의 부하하우프를 약 25 kpc 스케일까지 해결하는 것.
• 단일 NFW 또는 세르시 질량 프로파일이 강한 렌즈 데이터(168개의 다중 이미지로부터)와 공개된 약한 렌즈 측정치를 동시에 일치시키는 데 일관된지 테스트하는 것.
• 유사 질량의 클러스터에서 기대되는 CDM 시뮬레이션과 비교해 아벨 1689의 높은 농도가 우주론적 시뮬레이션과 일치하는지, 또는 조기 어두운 에너지 또는 시선 방향의 구조에 기인한 것인지 조사하는 것.
• 고정밀도, 비-LTM 질량 모델을 제공함으로써 향후 어둠소부하우프 탐지 및 클러스터 환경에서 허브의 탈질량 현상 연구를 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 168개의 다중 이미지(42개 은하에서 유래, 55개의 광점 포함)의 관측된 위치를 정확히 재현하는 LensPerfect 강한 렌즈 모델을 구축한다.
• 빛이 질량을 따라간다는 가정을 하지 않으며, 이로 인해 이미지 위치에서 독립적인 질량 분포 복원이 가능하다.
• 탄력적인 부모 허브와 개별 은하 성분을 포함한 질량 모델을 구성하며, 예측된 위치와 관측된 위치 간 잔차를 최소화하도록 매개변수를 조정한다.
• 알려진 질량 분포를 가진 가짜 데이터 세트를 사용해 모델의 유효성을 검증한다.
• ACS, Subaru, CFHT에서 확보한 약한 렌즈 데이터를 취합하고, 강한 렌즈 모델과 비교하여 전반적인 일관성을 평가한다.
• NFW 및 세르시 프로파일을 사용해 강한 렌즈 및 약한 렌즈 데이터를 동시에 피팅하여 클러스터 질량, 농도, 허브 반경을 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 렌즈 질량 모델이 빛이 질량을 따라간다는 가정 없이 아벨 1689의 부하하우프를 약 25 kpc 스케일까지 해결할 수 있는가?
• RQ2 단일 NFW 또는 세르시 프로파일이 168개의 다중 이미지로부터의 강한 렌즈 데이터와 허브 반경까지의 약한 렌즈 측정치를 동시에 잘 맞출 수 있는가?
• RQ3 유사 질량의 클러스터에서 CDM 시뮬레이션의 기대값(с₂₀₀ ~ 3)보다 높은 농도(с₂₀₀ = 9.2 ± 1.2)를 보이는 강한 렌즈 모델은 왜 그렇게 되는가?
• RQ4 시선 방향의 구조나 삼축성은 아벨 1689의 추정 질량 농도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 고해상도 비-LTM 모델이 어둠소부하우프를 탐지하거나 허브의 탈질량 현상에 대한 증거를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 아벨 1689의 중심 400 kpc 지름 범위 내에서 약 25 kpc 해상도의 부하하우프를 해결하며, 지금까지 빛이 질량을 따라간다는 가정 없이 제작된 은하단체의 질량 지도 중 가장 높은 해상도를 기록한다.
• 모델은 42개 은하의 135개 이미지에서 관측된 55개 광점의 168개 다중 이미지 위치를 정확히 재현하며, 8개 은하의 20개 새로운 후보 다중 이미지도 포함한다.
• 단일 NFW 또는 세르시 프로파일이 강한 렌즈 데이터와 공개된 약한 렌즈 측정치를 잘 동시에 맞추며, 약간의 긴장이 존재하나 약한 렌즈 측정치에서는 높은 농도를 선호한다.
• 클러스터의 허브 질량는 M_vir = 2.0⁺⁰.⁵₋₀.³ × 10¹⁵ M⊙ h₇₀⁻¹이며, r_vir = 3.0 ± 0.2 Mpc h₇₀⁻¹ 범위 내에서, 높은 농도 c_vir = 11.5⁺¹.⁵₋₁.⁴ 를 가진다.
• 최적의 NFW 농도 c₂₀₀ = 9.2 ± 1.2 는 유사 질량 클러스터의 일반적인 CDM 시뮬레이션 값(~3)보다 유의미하게 높으며, 이는 조기 어두운 에너지 또는 시선 방향 효과의 가능성을 시사한다.
• 모델은 가장 밝은 은하들이 질량 분포를 상당히 잘 따라가지만, 질량 분할 또는 빛으로 보이지 않는 부하하우프로 인한 측정 가능한 편차가 있음을 보여준다.