[논문 리뷰] The extended ROSAT-ESO Flux Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) IV. X-ray Luminosity Function and First Constraints on Cosmological Parameters

H. Böhringer, Gayoung Chon외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 94인용 수 61

한 줄 요약

이 논문은 확장된 REFLEX II 설문 조사에서 910개의 은하군집에 대한 X선 복사함수(XLF)를 제시하며, 정밀하게 모델링된 선택 함수를 사용하여 우주론적 제약 조건을 도출한다. 적색편이 0–0.4 범위에서 일관된 XLF를 발견하였으며, 엄밀한 제약 조건을 도출한다: Ωₘ = 0.29 ± 0.04 및 σ₈ = 0.77 ± 0.07. 이는 PLANCK 은하군집 결과와 뛰어난 일치를 보이나, CMB에서 유도된 값과는 갈등을 보인다.

ABSTRACT

The X-ray luminosity function is an important statistic of the census of galaxy clusters and an important means to probe the cosmological model of our Universe. Based on our recently completed REFLEX II cluster sample we construct the X-ray luminosity function of galaxy clusters for several redshift slices from $z = 0$ to $z = 0.4$ and discuss its implications. We find no significant signature of redshift evolution of the luminosity function in the redshift interval. We provide the results of fits of a parameterized Schechter function and extensions of it which provide a reasonable characterization of the data. Using a model for structure formation and galaxy cluster evolution we compare the observed X-ray luminosity function with predictions for different cosmological models. For the most interesting constraints for the cosmological parameters $Ω_m$ and $σ_8$ we obatain $Ω_m \sim 0.27 \pm 0.03$ and $σ_8 \sim 0.80 \pm 0.03$ based on the statistical uncertainty alone. Marginalizing over the most important uncertainties, the normalisation and slope of the $L_X - M$ scaling relation, we find $Ω_m \sim 0.29 \pm 0.04$ and $σ_8 \sim 0.77 \pm 0.07$ ($1σ$ confidence limits). We compare our results with those of the SZ-cluster survey provided by the PLANCK mission and we find very good agreement with the results using PLANCK clusters as cosmological probes, but we have some tension with PLANCK cosmological results from the microwave background anisotropies. We also make a comparison with other cluster surveys. We find good agreement with these previous results and show that the REFLEX II survey provides a significant reduction in the uncertainties compared to earlier measurements.

연구 동기 및 목표

• 근처 우주에서의 은하군집에 대한 정밀한 X선 복사함수(XLF)를 확장된 REFLEX II 군집 샘플을 사용하여 구축하기.
• 적색편이 범위 z = 0에서 z = 0.4 사이에서 XLF의 적색편이 진화를 평가하고, 우주론적 진화 신호를 테스트하기.
• 관측된 XLF를 이론적 구조 형성 모델과 비교하여 Ωₘ 및 σ₈에 대한 우주론적 제약 조건을 도출하기.
• 특히 Lₓ–M 스케일링 관계에서 유래하는 체계적 불확실성을 정량화하고, 핵심 모델 파라미터에 대해 근사화하기.
• PLANCK, SDSS 및 SZ 설문 조사와 같은 주요 군집 설문 조사와의 비교를 통해 결과의 일관성과 정밀도 평가하기.

제안 방법

• 광도 한계 기반 X선 탐지 및 적색편 완전성에 기반하여 910개의 REFLEX II 군집에 대한 세밀한 선택 함수를 구축하기.
• 관측된 XLF를 매개변수화된 Schechter 함수 및 그 확장형으로 피팅하여 복사함수 분포를 특성화하기.
• Tinker 등(2008)의 질량 함수와 Eisenstein & Hu(1998)의 전달 함수를 사용하여 관측된 XLF를 이론적 예측과 비교하기.
• 모델에서 X선 복사함수를 군집 질량과 연결하기 위해 0.25×10⁴⁴ erg s⁻¹에서 2.4 keV로 캘리브레이션된 Lₓ–M 스케일링 관계를 사용하기.
• Lₓ–M 정규화 및 기울기의 불확실성에 대해 근사화하여 체계적인 우주론적 제약 조건을 도출하기.
• 독립적인 군집 설문 조사(PLANCK, SDSS, SZ)와의 비교를 통해 결과를 검증하고, 데이터 세트 간의 일관성 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하군집의 X선 복사함수는 z = 0에서 z = 0.4 사이에서 유의미한 진화를 보이는가?
• RQ2 REFLEX II 군집 샘플의 관측된 XLF로부터 도출된 Ωₘ 및 σ₈에 대한 우주론적 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 Lₓ–M 스케일링 관계의 불확실성은 유도된 우주론적 파rameter 제약 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 REFLEX II의 우주론적 제약 조건은 PLANCK 군집 설문 조사 및 CMB 이방성 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 REFLEX II 결과는 이전의 X선 군집 설문 조사에 비해 정밀도와 일관성 측면에서 얼마나 향상되었는가?

주요 결과

• 적색편이 z = 0에서 z = 0.4 사이에서 X선 복사함수에 유의미한 적색편이 진화가 없음을 확인하였으며, 이는 이 적색편 범위 동안 군집 인구의 안정성을 시사한다.
• 관측된 XLF는 Schechter 함수 및 그 확장형으로 잘 기술되며, 캘리브레이션된 Lₓ–M 관계를 사용할 경우 이론적 예측과 양호한 일치를 보인다.
• 통계적 불확실성만으로는 Ωₘ = 0.27 ± 0.03 및 σ₈ = 0.80 ± 0.03의 우주론적 제약 조건을 도출하였으며, 이는 이전 결과와 일치한다.
• Lₓ–M 스케일링 관계에서 유래하는 주요 체계적 불확실성에 대해 근사화한 후 제약 조건은 Ωₘ = 0.29 ± 0.04 및 σ₈ = 0.77 ± 0.07로 수정된다.
• 결과는 PLANCK 군집 설문 조사에서의 우주론적 제약 조건과 뛰어난 일치를 보이며, 군집 기반 측정치의 일관성을 뒷받침한다.
• REFLEX II 및 PLANCK 군집 결과와 CMB에서 유도된 우주론적 파라미터 사이에 갈등이 존재하며, 이는 CMB 기반 제약 조건에서 해결되지 않은 체계적 오차가 존재할 가능성을 시사한다.