[논문 리뷰] X--ray clusters: towards a new determination of the density parameter of the universe

J. Oukbir, Alain Blanchard|arXiv (Cornell University)|1996. 11. 12.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 고적색도에서의 온도로 선택된 군집의 분포와 고적색도에서의 광도-온도 관계를 활용하여 우주의 밀도 파ameter Ω₀를 측정하는 새로운 천체역학적 시험을 제안한다. 이 방법은 초기 스펙트럼 형상에 민감하지 않으며, Ω₀ ≈ 0.15–0.4의 값을 도출한다. 이는 역학적 추정과 일치하며, 모델에 종속되지 않는 우주의 밀도에 대한 청결한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

We use a self-consistent modeling of x-ray cluster properties to constrain cosmological scenarios of structure formation in the case of open cosmological models. We first show that an unbiased open model can reproduce present day observations, provided that the density parameter is in the range 0.15-0.4. Although this estimate is derived in a rather different way, it is very close to dynamical measurements. We also obtain constraints on the shape of the initial fluctuation power spectrum: we find that the local spectral index n falls in the range -1.1 < n < -1.6 on scales between 10 and 30h^{-1}Mpc. We focus on differences between open models and the Einstein--de Sitter model, and we exhibit a test which depends only on the cosmological parameter and is insensitive to the shape of the initial fluctuations power spectrum: we show that, contrary to what is generally admitted, the redshift distribution of X-ray clusters selected on the basis of their apparent temperature is almost independent of the power spectrum and that it is only sensitive to the value of density of the universe. Since the relation between the virial mass and the X-ray temperature seems rather robust, we expect very little theoretical uncertainty in the modeling. This allows us to show that the combined knowledge of the redshift distribution of X-ray flux selected clusters and that of the luminosity-temperature correlation at high redshifts offers a new and efficient way to measure the mean density of the universe. This appears to be a clean test not suffering of the problems attached to local density estimators. We have tentatively applied our test to the redshift distribution of clusters detected within the Einstein medium sensitivity X-ray survey.

연구 동기 및 목표

• 초기 스펙트럼 형상에 대한 불확실성에 강건한, X선 군집 성질을 이용한 밀도 파ameter Ω₀에 대한 천체역학적 시험을 개발하기 위해.
• 실제로 온도로 선택된 X선 군집의 적색편이 분포가 초기 불안정성 스펙트럼 형상에 민감하지 않다는가 확인하기 위해.
• 지역 밀도 추정자에 의존하지 않고 고적색도에서의 광도-온도 관계 데이터와 군집의 적색편이 분포를 조합하여 Ω₀를 제약하기 위해.
• 개방 우주 모형을 애너드-드 시터 모형과 비교하고, 오직 Ω₀에만 민감한 시험을 식별하기 위해.
• 에인스타인 중간 감도 X선 조사 데이터를 사용하여 방법을 검증하기 위해.

제안 방법

• 비틀림 질량과 X선 온도 사이의 물리적으로 타당한 관계를 사용하여 X선 군집 성질을 자기 일관성 있게 모델링하기 위해.
• 다양한 Ω₀를 가진 개방 모형을 기반으로 군집의 적색편이 분포를 시뮬레이션하기 위해.
• 고적색도에서의 광도-온도(L-T) 관계를 사용하여 군집 인구의 진화를 캘리브레이션 도구로 활용하기 위해.
• 저자들이 주장하기에 오직 Ω₀에만 의존하는, 명시적 온도로 선택된 군집의 적색편이 분포를 기반으로 한 시험을 구성하기 위해.
• 에인스타인 중간 감도 X선 조사 데이터에 이 방법을 적용하여 Ω₀에 대한 제약 조건을 도출하기 위해.
• 결과를 역학적 측정치와 비교하고, 초기 스펙트럼 형상의 변동에 대한 강건성 평가를 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제로 온도로 선택된 X선 군집의 적색편이 분포를, 초기 스펙트럼 형상에 종속되지 않는 천체역학적 탐사 도구로 사용할 수 있는가?
• RQ2 개방 우주 모형에서 현재의 X선 군집 관측과 일치하는 Ω₀의 범위는 무엇인가?
• RQ3 고적색도에서의 광도-온도 관계는 군집 인구의 진화를 어떻게 제약하는가?
• RQ4 제안된 시험은 초기 불안정성 스펙트럼 형상에 대한 불확실성에 얼마나 강건한가?
• RQ5 이 방법은 모델에 종속되지 않는 청결한 우주의 밀도 파ameter Ω₀ 측정을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 편향 없는 개방 우주 모형은 밀도 파am터 Ω₀가 0.15–0.4 범위에 있을 경우 현재의 X선 군집 관측을 잘 재현할 수 있다.
• 온도로 선택된 X선 군집의 적색편이 분포는 초기 스펙트럼 형상에 거의 영향을 받지 않으며, 오직 Ω₀에만 의존한다.
• 비틀림 질량–X선 온도 관계는 이론적 불확실성을 최소화하기에 충분히 강건하다.
• 고적색도에서의 L-T 관계와 군집의 적색편이 분포를 통합 분석함으로써 Ω₀를 측정하는 새로운 효율적인 방법이 가능해진다.
• 이 방법은 지역 밀도 추정자에서 발생하는 체계적 오차를 피하고, 청결한 천체역학적 시험을 제공한다.
• 에인스타인 중간 감도 X선 조사에 대한 초보적 적용 결과는 이 방법이 기존 데이터와 일관됨을 지지한다.