[論文レビュー] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS): X-ray Observable-to-Mass-and-Redshift Relations of Galaxy Clusters and Groups with Weak-Lensing Mass Calibration from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program Survey

I-Non Chiu, V. Ghirardini+19 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、eROSITA X線データとHSC-SSP弱レンズ測定を用いて、eFEDS調査の434個の銀河団および銀河団群に対して、初めての弱レンズ質量校正およびX線スケーリング関係を提示する。X線スケーリング関係の多くは1.7σ以内で自己相似予測と整合的であり、赤方偏移依存性は顕著でないことが判明し、将来的な団宇宙論においてeROSITAとHSCの連携が有効であることが裏付けられた。

ABSTRACT

We present the first weak-lensing mass calibration and X-ray scaling relations of galaxy clusters and groups selected in the $eROSITA$ Final Equatorial Depth Survey (eFEDS) observed by Spectrum Roentgen Gamma/$eROSITA$ over a contiguous footprint with an area of $\approx140$ deg$^2$, using the three-year (S19A) weak-lensing data from the Hyper Suprime-Cam (HSC) Subaru Strategic Program survey. In this work, a sample of $434$ optically confirmed galaxy clusters (and groups) at redshift $0.01\lesssim z \lesssim1.3$ with a median of $0.35$ is studied, of which $313$ systems are uniformly covered by the HSC survey to enable the extraction of the weak-lensing shear observable. In a Bayesian population modelling, we perform a blind analysis for the weak-lensing mass calibration by simultaneously modelling the observed count rate $η$ and the shear profile $g$ of individual clusters through the count rate-to-mass-and-redshift ($η$--$M_{500}$--$z$) and weak-lensing mass-to-mass-and-redshift ($M_{\mathrm{WL}}$--$M_{500}$--$z$) relations, respectively, while accounting for the bias in these observables using simulation-based calibrations. As a result, the count rate-inferred and lensing-calibrated cluster mass is obtained from the joint modelling of the scaling relations, as the ensemble mass spanning a range of $10^{13}h^{-1}M_{\odot}\lesssim M_{500}\lesssim10^{15} h^{-1}M_{\odot}$ with a median of $\approx10^{14} h^{-1}M_{\odot}$ for the eFEDS sample. With the mass calibration, we further model the X-ray observable-to-mass-and-redshift relations, including the rest-frame soft-band and bolometric luminosity ($L_{\mathrm{X}}$ and $L_{\mathrm{b}}$), the emission-weighted temperature $T_{\mathrm{X}}$, the mass of intra-cluster medium $M_{\mathrm{g}}$, and the mass proxy $Y_{\mathrm{X}}$, which is the product of $T_{\mathrm{X}}$ and $M_{\mathrm{g}}$. (abridged)

研究の動機と目的

• HSC-SSP調査からの弱レンズ測定を用いて、eFEDS調査の銀河団および銀河団群の質量を校正すること。
• 正確な質量校正を伴う、観測可能なX線量と質量・赤方偏移の関係を確立すること。
• 赤方偏移範囲0.01 ≤ z ≤ 1.3にわたるX線スケーリング関係の自己相似性をテストすること。
• ベイジアン集団モデリングフレームワークを用いて、X線質量プロキシの赤方偏移依存性バイアスを評価すること。
• eROSITA全天画角調査に向け、独立した弱レンズ校正による質量スケーリング関係の妥当性を検証することで、将来的な強力な宇宙論的制約を可能にすること。

提案手法

• 個々の団の観測量（X線カウントレートηおよび弱レンズシアー分布g+）を盲目的にベイジアン集団モデリングする。
• シミュレーションベースの校正を用いて、観測バイアスを補正しながら、η–M500–z関係とM_WL–M500–z関係を同時にモデル化する。
• X線カウントレートから推定された質量と弱レンズで校正された質量の両方を満たすように、クラスタ質量（M500）を推定するための連合尤度フレームワークを適用する。
• 3年間のHSC-SSP弱レンズデータを用いて、調査に均一にカバーされた313個のクラスタのシアー信号を抽出する。
• X線およびレンズ観測量の散乱と測定誤差を扱うために、階層ベイジアンアプローチを採用する。
• 赤方偏移と質量依存性を同時にモデル化しながら、弱レンズで校正されたM500に対してX線スケーリング関係（L_X, L_b, T_X, M_g, Y_X）を校正する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 eFEDS調査の銀河団および銀河団群において、X線観測量（全放射度、温度、Y_X）は、質量と赤方偏移に対してどのようにスケーリングするか？
• RQ2 サンプルの赤方偏移および質量範囲にわたって、観測されたX線スケーリング関係が自己相似予測からどの程度ずれているか？
• RQ3 弱レンズ質量と校正されたX線質量プロキシに、顕著な赤方偏移依存性バイアスが存在するか？
• RQ4 HSC-SSPデータを用いたeFEDS領域のクラスタにおける弱レンズ質量校正の精度と一貫性はいかほどか？
• RQ5 X線スケーリング関係は、質量範囲10^13 h⁻¹ M☉ ≤ M500 ≤ 10^15 h⁻¹ M☉および赤方偏移範囲0.01 ≤ z ≤ 1.3の全範囲でどの程度成立するか？

主な発見

• 弱レンズ質量校正により、eFEDSサンプル全体で中央値として約10^14 h⁻¹ M☉のクラスタ質量が得られ、質量は10^13 h⁻¹ M☉から10^15 h⁻¹ M☉の範囲にわたる。
• 非等温軟バンド全放射度（L_X）は、自己相似性予測を上回るより急な質量依存性を示し、統計的期待を超える有意性を示している。
• その他のすべてのX線スケーリング関係—全放射度（L_b）、放出加重温度（T_X）、ガス質量（M_g）、Y_X—は、1.7σ以内で自己相似性と整合的である。
• いかなるX線観測量の赤方偏移スケーリングにおいても、自己相似性からの顕著なずれは認められず、強い赤方偏移依存性進化は見られない。
• 顕著な赤方偏移依存性質量トレンドの欠如は、質量校正の堅牢性を裏付け、X線プロキシを宇宙論的研究に使用する可能性を支持する。
• X線および弱レンズ観測量の共同モデリングにより、自己一貫性があり校正を反映した質量推定が得られ、将来的なeROSITAデータを用いた宇宙論的応用が可能になる。