[論文レビュー] Strong and weak lensing united III: Measuring the mass distribution of the merging galaxy cluster 1E0657-56

Maruša Bradač, Douglas Clowe+8 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Aug 18, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡ACS、スパイitzer、マゼランのデータを用いた強いか弱いかの重力レンズ効果を統合し、衝突中の銀河団1E0657-56の高解像度で絶対的に校正された質量マップを提示する。質量のピークがX線ガスからずれていること、そして銀河と空間的に一致していることから、非可測なダークマターの存在が強く裏付けられ、その自己相互作用断面積の制約も得られた。

ABSTRACT

The galaxy cluster 1E0657-56 (z = 0.296) is remarkably well-suited for addressing outstanding issues in both galaxy evolution and fundamental physics. We present a reconstruction of the mass distribution from both strong and weak gravitational lensing data. Multi-color, high-resolution HST ACS images allow detection of many more arc candidates than were previously known, especially around the subcluster. Using the known redshift of one of the multiply imaged systems, we determine the remaining source redshifts using the predictive power of the strong lens model. Combining this information with shape measurements of "weakly" lensed sources, we derive a high-resolution, absolutely-calibrated mass map, using no assumptions regarding the physical properties of the underlying cluster potential. This map provides the best available quantification of the total mass of the central part of the cluster. We also confirm the result from Clowe et al. (2004,2006a).

研究の動機と目的

• クラスターポテンシャルの物理的性質を仮定せずに、クラスターコアの高解像度で絶対的に校正された質量マップを作成すること。
• レンズ効果から得られる質量分布とバリオン成分およびX線成分を比較することで、ダークマター仮説を検証すること。
• 観測された質量のずれをもとに、ダークマターの自己相互作用断面積の制約を強化すること。
• 高赤方偏移銀河の探索を可能にするために、臨界曲線および反画像候補を特定すること。
• 複雑な衝突銀河団への適用を想定し、強いか弱いかのレンズ効果を統合した再構成手法を精緻化すること。

提案手法

• 複数の色の高解像度ハッブルACS画像を用いて、複数像のシステムや弱いか弱いかのレンズ効果を受ける源を特定した。
• 一つのシステムのスペクトロスコピック赤方偏移を用いて、強いかレンズモデルを用いて他のレンズ効果を受けるシステムの赤方偏移を予測した。
• 複数像（強いかレンズ効果）のデータと弱いかレンズ効果のせん断測定値を統合し、投影質量分布を再構成した。
• 両レンズ効果領域を統合するための共同逆問題技術を適用し、高解像度で非パラメトリックな質量マップを生成した。
• 特定の領域で反画像の検出が見つからなかったことを利用して、臨界曲線および質量分布の制約を精緻化した。
• 今後の研究で、高赤方偏移レンズ領域における解像度と精度を向上させるために、適応グリッド技術を採用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衝突中の銀河団1E0657-56における全質量分布のピークはどこにあり、X線放射ガスおよび銀河の位置とどのように比較されるか？
• RQ2 レンズ効果で追跡される全質量が可視銀河の分布とどの程度一致するか。これはダークマターの性質にどのような含意を持つのか？
• RQ3 強いか弱いかのレンズ効果を統合した手法が、特定のクラスターポテンシャルを仮定せずに高解像度で絶対的に校正された質量マップを生成できるか？
• RQ4 観測された質量のずれに基づいて、ダークマターの自己相互作用断面積にどのような制約を課せられるか？
• RQ5 1E0657-56は、高赤方偏移銀河の検出に向けた重力望遠鏡として、どの程度の可能性を秘めているか？

主な発見

• 主クラスタの質量ピークと準サブクラスタの質量濃度は、両方ともX線ガスから明確にずれており、それぞれ10σおよび6σの有意水準であった。
• 250 kpcの範囲内の全質量は、主クラスタで(2.8 ± 0.2) × 10¹⁴ M☉、準サブクラスタで(2. 3 ± 0.2) × 10¹⁴ M☉であった。
• 全質量が銀河と空間的に一致していることから、クラスタの質量は非可測なダークマターによって支配されていることが示された。
• このクラスタは強いかレンズ効果が非常に効率的であり、臨界曲線の面積がA1689と同等であったため、高赤方偏移銀河の探索が可能である。
• 2つの高赤方偏移対象の強いか候補が特定された：1つはアーク（B）で、z ≈ 3.24–6に制約され、もう1つはスパイitzer IRACで検出され、z ≳ 6とされた。
• 高解像度の質量マップは、衝突の動的歴史をシミュレートする上で重要な制約を提供し、またダークマターの自己相互作用断面積を独立して推定する手がかりをもたらした。