[論文レビュー] Halo cluster shapes: Insights from simulated galaxies and ICL with prospects for weak lensing applications

Elizabeth Johana Gonzalez, Cinthia Ragone-Figueroa+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 108被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、宇宙論的流体ダイナミクスシミュレーションを用いて、銀河団内のダークマター、銀河メンバー、および団内光（ICL）の形状と整列状態を分析した。銀河メンバーとICLは、ダークマターハローの形状と向きを効果的にトレーサーすることができ、特に低質量銀河団では、集中型銀河が弱レントゲンスタッキングにおける散乱を低減し、拡散型銀河やICLよりも強い整列を示すことが判明した。

ABSTRACT

We present a detailed study of the shapes and alignments of different galaxy cluster components using hydrodynamical simulations. We compute shape parameters from the Dark Matter (DM) distribution, the galaxy members and the intra-cluster light (ICL). We assess how well the DM cluster shape can be constrained by means of the identified galaxy member positions and the ICL. Further, we address the dilution factor introduced when estimating the cluster elongation using weak-lensing stacking techniques, which arises due to the misalignment between the total surface mass distribution and the distribution of luminous tracers. The dilution is computed considering the alignment between the DM and the Brightest Cluster Galaxy, the galaxy members and the ICL. Our study shows that distributions of galaxy members and ICL are less spherical than the DM component, although both are well aligned with the semi-major axis of the later. We find that the distribution of galaxy members hosted in more concentrated subhalos is more elongated than the distribution of the DM. Moreover, these galaxies are better aligned with the dark matter component compared to the distribution of galaxies hosted in less concentrated subhalos. We conclude that the positions of galaxy members can be used as suitable tracers to estimate the cluster surface density orientation, even when a low number of members is considered. Our results provide useful information for interpreting the constraints on the shapes of galaxy clusters in observational studies.

研究の動機と目的

• 銀河団内のダークマター（DM）ハローの形状と向きに対して、銀河メンバーの位置と団内光（ICL）がどの程度トレースできるかを評価すること。
• 光度トレーサーと真のDM表面質量分布のずれによって引き起こされる弱レントゲンスタッキングにおける散乱要因を定量化すること。
• さまざまなクランスターセンターレイディウスと質量領域において、DM、銀河メンバー、ICLの形状と整列状態を比較すること。
• 観測的弱レントゲンスタッキング研究において、DMハローの向きを制約するための効果的なトレーサー（銀河メンバー、ICL、BCG）を評価すること。

提案手法

• サブスケールバリオン物理学を含む宇宙論的流体ダイナミクスシミュレーションを用い、現実的な銀河団環境をモデル化した。
• トレーサーの位置（DM、銀河、ICL）から、投影された等密度等高線と慣性テンソル法の両方を用いて形状パラメータを計算した。
• クラスタ中心から外縁部まで形状の進化を分析するため、R200までをラジアルビンに分類した。
• トレーサー（銀河、ICL、BCG）とDMハローの長半径軸（SMA）との間のずれ角度を測定した。
• トレーサー-DMのずれに基づき、弱レントゲンスタッキングにおける観測された楕円度と真の投影楕円度の比として散乱要因Dを計算した。
• 銀河を、そのホストDM準準位の集中度に基づいて集中型と拡散型に分類し、それらの整列性と形状特性を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河メンバーの分布は、下伏するダークマター・ハローの形状と向きをどの程度正確にトレースできるか？
• RQ2 トレーサーのずれが弱レントゲンスタッキングにおける推定楕円度に与える影響は何か？また、この散乱はクラスタ質量とトレーサーの種別によってどのように変化するか？
• RQ3 団内光（ICL）と銀河メンバーの形状は、ダークマター分布と比較してどうか？また、DMハローとよりよく整列しているか？
• RQ4 メンバー数が少ないクラスタでは、集中型銀河が拡散型銀河よりも信頼性の高い向き推定を提供するか？
• RQ5 ICLは弱レントゲン形状測定におけるDM表面質量分布の頑健な代理指標として機能できるか？

主な発見

• 銀河メンバーはDM分布よりも球形度が低く、DM値の約0.85倍の中央投影半軸比を示しており、より細長い分布であることが示唆された。
• 銀河メンバーは、トレーサー数が少ない場合でも、DMハローの長半径軸と約10°の中央ずれを示しており、ノイズバイアスがある中でも強い整列を示していることがわかった。
• 集中型銀河は、拡散型銀河よりもさらに細長く、DMハローとよりよく整列しており、弱レントゲンスタッキングにおける散乱が顕著に低減された。
• ICLはDM表面質量分布よりも細長く、中央半軸比が低めにバイアスされ、DM表面密度と非常にタイトに整列（中央ずれ約5°）している。
• 低質量クラスタ（100未塔のメンバー）では散乱が顕著（D ≲ 0.6）であるが、分析を集中型銀河に限定するか、外縁部までICLを用いることで低減可能である。
• BCGの向きは、特に緩和状態のクラスタでは散乱低減に中程度の効果を示すが、形状バイアスを最小限に抑える観点では、集中型銀河やICLに劣る。