[論文レビュー] Improved Cosmological Constraints from SDSS redMaPPer Clusters via X-ray Follow-up of a Complete Subsample of Systems

Matthew Kirby, Eduardo Rozo+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、SDSS redMaPPer銀河クラスタからの宇宙論的制約を、赤方偏移 z ∈ [0.1, 0.3] の最も豊富なクラスタ30個の完全なサンプルを対象としたChandra X線観測を組み込むことで向上させた。豊富さ–質量、ガス質量–質量、および宇宙論的パラメータを同時にモデル化することで、Ωₘ と σ₈ の制約がそれぞれ25.5%、29.8% tightened され、プランクの初期宇宙結果と整合性を示した。

ABSTRACT

We improve upon the cosmological constraints derived from the abundance and weak-lensing data of redMaPPer clusters detected in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Specifically, we derive gas mass data using Chandra X-ray follow-up of a complete sample of the 30 richest SDSS redMaPPer clusters with $z\in[0.1,0.3]$, and use these additional data to improve upon the original analysis by Costanzi et al. (2019b). We simultaneously fit for the parameters of the richness-mass relation, the cluster gas mass-mass relation, and cosmology. By including our X-ray cluster sample in the SDSS cluster cosmology analysis, we measure $Ω_{ m m} = 0.25 \pm 0.04$ and $σ_8 = 0.85^{+0.06}_{-0.08}$. These constraints represent a 25.5% and 29.8% reduction in the size of the 68% confidence intervals of $Ω_{ m m}$ and $σ_8$ respectively, relative to the constraints published in Costanzi et al. (2019b). Our cosmological constraints are in agreement with early universe results from Planck. As a byproduct of our analysis, we also perform an independent calibration of the amplitude of the $\langle M_{ m gas}^{ m true}|M_{ m 500c} angle$ scaling relation. Our calibration is consistent with and of comparable precision to that of Mantz et al. (2016b).

研究の動機と目的

• 光学的に選別された銀河クラスタからの宇宙論的制約を、高精度なX線ガス質量測定を組み込むことで向上させること。
• SDSS redMaPPerカタログに含まれる最も豊富な30個のクラスタを完全にX線観測したサンプルを用いて、豊富さ–質量およびガス質量–質量のスケーリング関係の不確実性を低減すること。
• 光学的豊富度、弱引力レンズ、X線ガス質量データを統合した共同尤度解析により、Ωₘ と σ₈ のより厳密な制約を可能にすること。
• 真のガス質量–ハロー質量関係の独立したキャリブレーションを提供し、将来的なクラスタ宇宙論における頑健性を向上させること。

提案手法

• 赤方偏移 z ∈ [0.1, 0.3] のSDSS redMaPPerクラスタの中から、最も豊富な30個のクラスタのうち11個に対してChandra X線観測を実施し、R₅₀₀c 内の真のガス質量 M_gas^true を測定した。
• これらのX線測定値をアーカイブデータと統合して、選択バイアスが最小限に抑えた完全な30クラスタのサンプルを構築した。
• 豊富さ–質量関係、ガス質量–質量関係、宇宙論的パラメータ（Ωₘ, σ₈）を同時にフィットする共同尤度モデルを構築した。
• 推論の安定化と散乱関連の不確実性の低減のため、ガス質量–質量関係に保守的な事前分布を適用した。
• スタックド弱引力レンズ質量を用いて平均的な豊富さ–質量関係をキャリブレーションし、X線ガス質量が低散乱・バイアスのない質量プロキシとして機能することを確立した。
• さらに宇宙論的制約を厳密にするために、バリオン音響振動（BAO）データと共同解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ChandraからのX線ガス質量測定は、SDSSの光学的選別クラスタから得られる宇宙論的制約にどのように寄与するか？
• RQ2 最も豊富なクラスタの完全なX線観測サンプルを含めることで、豊富さ–質量およびガス質量–質量のスケーリング関係の不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ3 低散乱・バイアスのない質量プロキシが、Ωₘ や σ₈ といった宇宙論的パrameterの精度に与える影響は何か？
• RQ4 真のガス質量–ハロー質量関係のキャリブレーションは、Mantz et al. (2016b) よりもどのように異なるか？
• RQ5 光学/X線/BAO解析にX線データを組み込むことで、Ωₘ と σ₈ の制約が著しく厳密化されるか？

主な発見

• Chandra X線データの組み込みにより、Costanzi et al. (2019b) の先行分析と比較して、Ωₘ の68%信頼区間幅が25.5%縮小され、σ₈ は29.8%縮小された。
• 最終的な宇宙論的制約は、Ωₘ = 0.25 ± 0.04 および σ₈ = 0.85⁺⁰.⁰⁶₋₀.⁰⁸ であり、プランクの初期宇宙結果と整合的である。
• ⟨M_gas^true|M₅₀₀c⟩ スケーリング関係の振幅は独立してキャリブレーションされ、Mantz et al. (2016b) と一致し、同等の精度であった。
• C19と比較して、豊富さ–質量関係パラメータ log M₁ と α_λ の68%信頼区間幅は、それぞれ39.3%、30.8%縮小された。
• BAOデータと組み合わせた場合、Ωₘ と σ₈ の68%信頼区間幅は、それぞれ36.5%、32.3%さらに縮小された。
• 本分析は、完全で低散乱の質量プロキシ（X線ガス質量）を用いることで、宇宙論的事後分布の不確実性が顕著に低減され、バイアスなしにより厳密な制約が得られることを示した。