[论文解读] A Photometric and Weak Lensing Analysis of the z=0.42 Supercluster MS0302+17

N. Kaiser, Gillian Wilson+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究结合了CFHT UH8K成像的测光数据与ROSAT HRI X射线观测的弱引力透镜数据，分析红移z=0.42的超星系团MS0302+17。结果表明，早型星系在M/L_B ≈ 250–280 h的范围内与质量分布一致，表明在>200 h⁻¹ kpc尺度上，光度物质与质量分布之间偏差极小，且高度一致。

ABSTRACT

We perform a weak lensing and photometric study of the z=0.42 supercluster MS0302+17 using deep I and V band images taken with the UH8K CCD mosaic camera at the CFHT. We use archival ROSAT HRI data to estimate fluxes, gas masses and, in one case, the binding mass of the three major clusters. We then use our CCD data to determine the optical richness and luminosities of the clusters and to map out the spatial distribution of the early type galaxies in the supercluster and in other foreground and background structures. We measure the gravitational shear from a sample of \simeq 30,000 faint background galaxies in the range 22 < m_I < 26 and find this correlates strongly with that predicted from the early type galaxies if they trace the mass with M/L_B \simeq 250 h. We make 2-dimensional reconstructions of the mass surface density. These recover all of the major concentrations of galaxies and indicate that most of the supercluster mass, like the early type galaxies, is concentrated in the three X-ray clusters, and we obtain mean mass-to-light ratios for the clusters of M/L_B \simeq 260 h. Cross-correlation of the measured mass surface density with that predicted from the early type galaxy distribution shows a strong peak at zero lag (significant at the \simeq 9-sigma level), and that at separations \gsim 200 h^{-1}$kpc the early galaxies trace the mass very accurately. This conclusion is supported by cross-correlation in Fourier space; we see little evidence for any variation of M/L or `bias' with scale, and from the longest wavelength modes with λ= 1.5-6 h^{-1}Mpc we find M/L \simeq (280 \pm 40)h, quite similar to that obtained for the cluster centers. We discuss the implication of these results for the cosmological density parameter.

研究动机与目标

• 利用弱引力透镜与测光数据，研究z=0.42超星系团MS0302+17的质量分布。
• 确定超星系团三个主要X射线星系团的光度质量比（M/L），并评估其在不同尺度上的一致性。
• 检验早型星系是否能准确追踪大尺度上的潜在质量分布。
• 评估观测到的质量-光度关系及其尺度无关性对宇宙学密度参数Ω₀的含义。
• 将观测到的质量面密度与早型星系分布进行交叉相关，以量化对齐程度与偏差。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）上的UH8K CCD马赛克相机获取深空I和V波段成像，以测量光学富集度与光度。
• 使用档案中的ROSAT HRI X射线数据估算X射线通量、气体质量与三个主要星系团的束缚质量。
• 通过约30,000个暗弱背景星系（22 < m_I < 26）的引力剪切测量，利用弱引力透镜效应推断质量面密度。
• 利用剪切信号对超星系团进行二维质量重建，以绘制质量聚集区域。
• 将重建的质量面密度与早型星系的空间分布进行交叉相关，以评估其对齐程度与偏差。
• 在傅里叶空间中进行交叉相关，以检验在波长λ = 1.5–6 h⁻¹ Mpc范围内的M/L比是否存在尺度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 MS0302+17超星系团中的早型星系是否以极小偏差追踪潜在质量分布？
• RQ2 超星系团星系团的光度质量比（M/L_B）是多少？其随尺度如何变化？
• RQ3 质量面密度与早型星系分布之间的相关性在零滞后时是否显著？
• RQ4 观测到的M/L比对宇宙学密度参数Ω₀有何含义？
• RQ5 M/L比在大尺度模式（λ = 1.5–6 h⁻¹ Mpc）下是否保持恒定，表明偏差具有尺度无关性？

主要发现

• 重建的质量面密度与早型星系分布之间的交叉相关性在零滞后处显著峰值，显著性超过9-sigma。
• 在分离距离≥200 h⁻¹ kpc时，早型星系以高精度追踪质量分布，表明偏差极小。
• 星系团的平均光度质量比为M/L_B ≈ 260 h，与从星系团中心得出的值一致。
• 傅里叶空间交叉相关显示M/L在尺度上无显著变化，得到M/L ≈ (280 ± 40)h，适用于波长λ = 1.5–6 h⁻¹ Mpc范围。
• 观测到的M/L_B ≈ 280 h与临界密度宇宙的预期值一致，支持在超星系团质量分布背景下Ω₀ ≈ 1。
• 质量与早型星系之间存在强烈对齐，表明这些星系是宇宙大尺度质量结构的可靠示踪者。