[논문 리뷰] The XMM--NEWTON Omega Project: II.Cosmological implications from the high redshift L-T relation of X-ray clusters

S. Vauclair, Alain Blanchard외 8명|ArXiv.org|2003. 11. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton 오메가 프로젝트의 고적도 X선 은하단의 L-T 관계를 사용하여 우주론 모델을 시험하며, 조정 없이도 관측된 은하단 수세기와 가장 잘 맞는 것은 고밀도 물질 우주(Ωₘ ≈ 0.85–1.0)임을 발견한다. 반면, 공인 모델(Ωₘ = 0.3)은 고적도 은하단의 밀도를 거의 한 계급 차이만큼 과대평가하며, 이는 표준 은하단 스케일링 관계의 위반 또는 M-T 관계의 적도 진화를 재고할 필요가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The evolution with redshift of the temperature-luminosity relation of X-ray galaxy clusters is a key ingredient to break degeneracies in the interpretation of X-ray clusters redshift number counts. We therefore take advantage of the recent measurements of the temperature-luminosity relation of distant clusters observed with XMM-Newton and Chandra satellites to examine theoretical number counts expected for different available X-rays cluster samples, namely the RDCS, EMSS, SHARC, 160deg^2 and the MACS at redshift greater than 0.3. We derive these counts without any adjustment, using models previously normalized to the local temperature distribution function and to the high-z (z = 0.33) TDF. We find that these models having Omega_M in the range [0.85-1.] predict counts in remarkable agreement with the observed counts in the different samples. We illustrate that this conclusion is weakly sensitive to the various ingredients of the modeling. Therefore number counts provide a robust evidence of an evolving population. A realistic flat low density model (Omega_M = 0.3), normalized to the local abundance of clusters is found to overproduce cluster abundance at high redshift (above z = 0.5) by nearly an order of magnitude. This result is in conflict with the popular concordance model. The conflict could indicate a deviation from the expected scaling of the M-T relation with redshift.

연구 동기 및 목표

• Ωₘ 추정의 딜레마를 줄이기 위해 고적도에서 X선 은하단의 L-T 관계 진화를 이용해 우주론 모델을 시험하는 것.
• z > 0.3에서 관측된 X선 은하단의 수세기와 표준 우주론 모델이 일치하는지 평가하는 것.
• σ₈ 정규화 및 M-T, L-T 관계의 불확실성에 대해 결과의 강건성을 평가하는 것.
• 공인 모델(Ωₘ = 0.3)이 관측된 L-T 스케일링을 위반하지 않고도 고적도 은하단 밀도를 설명할 수 있는지 판단하는 것.

제안 방법

• 모델링의 핵심 입력으로 XMM-Newton 및 천체망원경 측정자료를 이용한 고적도 L-T 관계(L03, Vikhlinin 등 2002)를 사용하였다.
• 지역(z ≈ 0.05) 및 고적도(z ≈ 0.33) TDF에 정규화된 모델을 사용하여 X선 은하단 샘플(RDCS, EMSS, SHARC, 160deg², MACS)의 이론적 수세기를 계산하였다.
• Ωₘ, σ₈, M-T 정규화(BN98 대비 M98)를 변화시킨 평탄한 ΛCDM 유사 모델 프레임워크를 사용하였으며, M-T 스케일링에 식 (1)을 적용하였다.
• 여러 설문(플럭스 제한된 서브셋 포함)의 예측 수세기와 관측된 적도 분포를 비교하였다.
• 그림 1의 오차 밴드를 사용하여 σ₈ 산란 및 L-T 관계 진화의 불확실성을 정량화하였다.
• 표준 적도 스케일링을 위반하는 대체 M-T 스케일링(식 6)을 적용하여 모델의 강건성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z > 0.3에서 관측된 X선 은하단의 적도 분포는 공인 모델 대비 고밀도 물질 우주를 지지하는가?
• RQ2 XMM-Newton 및 천체망원경 자료로 제약을 받는 L-T 관계를 기반으로 이론적 수세기와 관측된 은하단 수세기 사이의 일치 정도는 어떠한가?
• RQ3 결과는 σ₈, M-T 정규화 또는 L-T 진화의 불확실성에 얼마나 민감한가?
• RQ4 공인 모델(Ωₘ = 0.3)은 관측된 L-T 관계를 위반하지 않고도 고적도 은하단 밀도를 재현할 수 있는가?
• RQ5 관측된 수세기와 공인 모델 간의 괴리 원인이 표준 M-T 스케일링이 적도에 따라 어떻게 작용하지 않는 데 기인한 것인가?

주요 결과

• 지역 및 고적도 TDF에 정규화된 Ωₘ 범위 [0.85–1.0]를 가진 모델은 조정 없이도 여러 설문에서 관측된 은하단 수세기를 잘 재현한다.
• 공인 모델(Ωₘ = 0.3)은 관측치에 비해 z > 0.5에서 은하단의 수를 거의 한 계급 차이만큼 과대평가한다.
• 결과는 σ₈ 및 L-T 관계 진화의 변화에 대해 강건하여, 괴리의 원인이 통계적 불확실성 때문이 아니라는 것을 시사한다.
• 표준 적도 스케일링을 위반하는 수정된 M-T 관계(식 6)를 적용하면 공인 모델과의 일치가 회복되며, 이는 M-T 관계가 예상한 대로 적도에 따라 스케일링되지 않을 수 있음을 시사한다.
• 이러한 결과는 이전 EMSS 및 RDCS 샘플 분석과 일치하며, 이들 역시 고 Ωₘ 값(예: Ωₘ ≈ 0.85 ± 0.2)을 지지하였다.
• 공인 모델과의 갈등은 계층적 구조 형성에서 은하단 기체 물리학 또는 M-T 스케일링에 대한 표준 가정을 재고할 필요가 있음을 암시한다.