[논문 리뷰] The velocity dispersion profiles of clusters of galaxies: a cosmological test and the sampling effect

Y. P. Jing, Gerhard Börner|arXiv (Cornell University)|1995. 08. 23.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 일곱 개인 우주론 모델을 통해 은하단의 속도 분산 프로파일을 조사하여, 특히 Ω와 Λ에 대한 민감도를 시험한다. 원칙적으로는 Ω와 Λ에 따라 프로파일이 크게 다를 수 있으나, 제한된 샘플링과 작은 은하단 샘플로 인해 분별 능력이 떨어지며, 현재 데이터로는 Ω ≥ 0.2인 모델들은 구분이 불가능하다고 밝힌다.

ABSTRACT

In this paper we investigate the velocity dispersion profiles of clusters of galaxies for seven cosmological models. One model is the SCDM model, and the others are six low-density models with the density parameter $Ω=0.1$, 0.2 or 0.3 and with or without a cosmological constant $Λ=1-Ω$. We find that the velocity dispersion profiles depend both on $Ω$ and on $Λ$. For $Λ=0$, the profiles are steeper in a lower-$Ω$ model than in a higher-$Ω$ one. The cosmological constant significantly weakens the dependence on $Ω$: the difference in the profile distributions between two flat models is much smaller than that between the two corresponding open models with the same $Ω$. These results in principle can be used to constrain the cosmological parameters when a large sample of the velocity dispersion profiles is available. Motivated by the practical situation that a sample of $\sim 100$ clusters with $\sim 100$ measured redshifts per cluster is still the best sample available in the foreseen future, we examine carefully to what degree the cosmological parameters can be constrained with the velocity dispersion profiles of such a sample of clusters. The limited sampling around clusters and the limited number of clusters seriously degrade the discriminative power of the velocity dispersion profiles among cosmological models. We find that the five models of $Ω\ge 0.2$ cannot be distinguished by this type of observation. Due to the limited sampling, one should be very cautious in extracting information about the density profile and/or the dynamics around single clusters from the diluted velocity dispersion profiles

연구 동기 및 목표

• 은하단의 속도 분산 프로파일이 우주론적 매개변수 Ω와 Λ에 얼마나 민감한지 평가하기 위해.
• 관측된 속도 분산 프로파일을 사용하여 경쟁 우주론 모델을 구별하는 데 실용적인 가능성 여부를 평가하기 위해.
• 한정된 은하단 샘플링(예: 약 100개의 은하단, 각각 약 100개의 적색이동)이 우주론적 매개변수 제약 조건에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 샘플링 효과가 개별 은하단 주변의 추론된 운동학적 구조 및 밀도 프로파일에 어떻게 영향을 미치는지 검토하기 위해.

제안 방법

• SCDM 모델 1개와 Ω = 0.1, 0.2, 0.3, Λ = 1−Ω인 여섯 개인 저밀도 모델을 포함한 일곱 개인 우주론 모델의 속도 분산 프로파일을 시뮬레이션한다.
• 다양한 우주론적 가정 하에서 은하단의 역학을 모델링하기 위해 N체 시뮬레이션을 사용한다.
• 모델 간의 차이를 감지하기 위해 속도 분산 프로파일의 반경 의존성을 분석한다.
• 한정된 샘플링(은하단당 적색이동 수 제한)이 프로파일 재구성 및 모델 구별에 미치는 영향을 평가한다.
• 특히 평면 우주론과 개방 우주론 간의 차이를 고려하여, 다양한 Ω와 Λ를 가진 모델 간의 분별 능력을 비교한다.
• 희석되고 흐릿하게 샘플링된 속도 분산 프로파일로부터 운동학적 및 밀도 구조를 추출하는 데의 신뢰성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하단의 속도 분산 프로파일은 우주론적 매개변수 Ω와 Λ에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 동일한 Ω를 가진 평면 우주론과 개방 우주론 모델을 속도 분산 프로파일로 얼마나 잘 구별할 수 있는가?
• RQ3 한정된 샘플링 효과(은하단당 적색이동 수 제한 및 작은 은하단 샘플 크기)는 우주론적 매개변수 제약 조건 능력을 얼마나 떨어뜨리는가?
• RQ4 샘플링이 흐릿할 경우 속도 분산 프로파일로부터 신뢰할 수 있는 운동학적 또는 밀도 구조를 추론할 수 있는가?
• RQ5 현재 관측 데이터의 한계를 고려할 때 도달 가능한 최소한의 모델 차별 수준은 무엇인가?

주요 결과

• 속도 분산 프로파일은 Ω와 Λ에 따라 크게 영향을 받으며, Λ = 0일 경우 Ω가 낮은 모델에서 더 급격한 프로파일을 보인다.
• 우주의 상수 Λ는 프로파일이 Ω에 대해 민감도를 감소시켜, 평면 모델(예: Ω=0.3, Λ=0.7) 간의 차이가 해당하는 개방 모델 간의 차이보다 작아진다.
• 현재 관측 한계(약 100개의 은하단, 은하단당 약 100개의 적색이동) 하에서는 Ω ≥ 0.2인 모델들은 속도 분산 프로파일을 통해 구별되지 않는다.
• 샘플링 제약 조건이 속도 분산 프로파일의 우주론적 모델 테스트에 대한 분별 능력을 심각하게 떨어뜨린다.
• 희석된 샘플링으로 인한 속도 분산 프로파일은 개별 은하단 주변의 진정한 운동학적 및 밀도 구조를 추론하는 데 상당한 불확실성을 유도한다.
• 이 연구는 우주론적 또는 운동학적 정보를 추출할 때 제한된 데이터에서 속도 분산 프로파일을 과도하게 해석하지 말 것을 경고한다.