[論文レビュー] The Dark Matter Haloes of Chandra X-ray Galaxy Clusters and Baryons Effect

Iu. Babyk, I. B. Vavilova+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 137被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z = 0.01–1.4 の範囲で、129個の高温銀河団のチャンドラX線観測を分析し、ダークマター・ハローの性質とバリオン成分を測定した。c_200 ∝ M_200^−0.56 の関係が赤方偏移の進化を伴って確認され、内部ハローの勾配は α = 0.94 ± 0.13 であった。また、内部勾配はバリオン質量の増加に伴い減少することが判明し、ダークマター密度プロファイルにバリオンフィードバック効果が及んでいることが示唆された。

ABSTRACT

We present results based on Chandra observations of a large sample of 129 hot galaxy clusters. We measure the concentration parameter c_200, the dark mass M_200 and the baryonic mass content in all the objects of our sample, providing the largest dataset of mass parameters for galaxy clusters in the redshift range z = 0.01 - 1.4. We confirm a that a tight correlation between c_200 and M_200, c \propto M^a_vir /(1+z)^b with a = -0.56 +/- 0.15 and b =0.80 +/- 0.25 (68 per cent confidence limits), is present, in good agreement with the predictions from numerical simulations and previous observations. Fitting the mass profile with a generalized NFW model, we got the inner slope alpha, with alpha = 0.94 +/- 0.13. Finally, we show that the inner slope of the density profile, alpha correlates with the baryonic mass content, M_b : namely alpha is decreasing with increasing baryonic mass content.

研究の動機と目的

• 広い赤方偏移範囲にわたる大規模な銀河団サンプルにおいて、ダークマター・ハローの濃度（c_200）と質量（M_200）を測定すること。
• ハロー濃度とホール・バリアル質量の間のスケーリング則を、赤方偏移の進化を含めて特定すること。
• 一般化されたNFWモデルを用いて、ダークマター密度プロファイルの内部勾配（α）を調査すること。
• 銀河団内のバリオン質量含量（M_b）に対する内部ハロー勾配の依存性を検討すること。

提案手法

• 赤方偏移 z = 0.01 から 1.4 までの129個の高温銀河団に対する深いチャンドラX線観測の分析。
• X線表面輝度および温度プロファイルの測定により、流体的平衡状態と質量プロファイルを推定。
• 質量プロファイルを一般化されたNFWモデルにフィットさせ、内部勾配αと濃度c_200を抽出。
• 赤方偏移を考慮した上で、最良フィットNFWパラメータからM_200とc_200を導出。
• αとバリオン質量含量M_bの相関分析により、フィードバック効果を評価。
• 赤方偏移依存性を含む c_200–M_200 関係の統計的フィット：c ∝ M^a_vir / (1+z)^b。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団において、ハロー濃度 c_200 とバリアル質量 M_200 の間のスケーリング則は、宇宙の歴史を通じてどのように変化するか？
• RQ2 ダークマター密度プロファイルの内部勾配 α は、バリオン質量含量 M_b とどのように関係しているか？
• RQ3 観測された c_200–M_200 関係は、数値シミュレーションや先行観測の予測と整合しているか？
• RQ4 バリオンフィードバックが、内部勾配の変化によって示されるように、ダークマター・ハローの構造に影響を与えているか？

主な発見

• 赤方偏移の進化を伴う、きわめてきつい c_200 ∝ M_200^−0.56 関係が確認され、95%信頼区間で a = −0.56 ± 0.15、b = 0.80 ± 0.25 であった。
• 一般化されたNFWモデルを用いて、ダークマター密度プロファイルの内部勾配は α = 0.94 ± 0.13 と測定された。
• 内部勾配 α はバリオン質量含量 M_b の増加に伴い減少し、ハロー構造にバリオンフィードバック効果が及んでいることが示唆された。
• 観測された c_200–M_200 関係は、数値シミュレーションおよび先行観測研究と良好に一致していた。
• 129個の銀河団のサンプルは、赤方偏移範囲 z = 0.01–1.4 における銀河団の質量パラメータに関して、現在までに得られた最大のデータセットを提供している。