[论文解读] Cosmological Constraints from Galaxy Clusters and Groups in the eROSITA Final Equatorial Depth Survey

I-Non Chiu, Matthias Klein+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本研究基于eROSITA最终赤道深空 Survey（eFEDS）中455个星系团和星系团群的宽场X射线与弱引力透镜观测数据，首次实现了完全自洽的宇宙学约束。通过经验建模星系团质量与观测量（X射线计数率、光学富集度和弱引力透镜质量）之间的关系，并结合从富集度分布获得的X射线完备性，作者在平坦ΛCDM模型下得出了宇宙学约束：Ωₘ = 0.245⁺⁰.⁰⁴⁸₋₀.⁰⁵⁸，σ₈ = 0.833⁺⁰.⁰⁷⁵₋₀.⁰⁶³，S₈ = 0.791⁺⁰.⁰²⁸₋₀.⁰³¹，与普朗克（Planck）及其他大尺度结构探针结果高度一致。

ABSTRACT

We present the first cosmological study of a sample of $eROSITA$ clusters, which were identified in the $eROSITA$ Final Equatorial Depth Survey (eFEDS). In a joint selection on X-ray and optical observables, the sample contains $455$ clusters within a redshift range of $0.1

研究动机与目标

• 从eFEDS区域中一个大样本的X射线与光学选中的星系团中推导宇宙学约束。
• 通过经验建模星系团质量与观测量（X射线计数率、光学富集度、弱引力透镜质量）之间的关系，最小化假设。
• 利用观测到的富集度分布作为信息先验，纳入X射线完备性。
• 通过结合X射线与弱引力透镜数据，不依赖外部先验，实现完全自洽的宇宙学分析。
• 检验结果与现有宇宙学探针（如普朗克、DES和SPT-SZ）的一致性。

提出的方法

• 联合使用eROSITA与超大望远镜相机（Hyper Suprime-Cam，HSC）数据中的X射线与光学观测量，筛选出455个红移0.1 < z < 1.2的星系团。
• 采用非参数方法，经验建模晕质量与三种观测量（X射线计数率、光学富集度、弱引力透镜质量）之间的关系。
• 直接从观测到的富集度分布测量X射线完备性，并将其作为完备性函数𝒞的信息先验。
• 通过盲分析避免确认偏倚，确保宇宙学约束的稳健性。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样方法，在平坦ΛCDM与平坦wCDM模型下推断宇宙学参数。
• 利用HSC数据校准弱引力透镜质量，实现对177个星系团的统一且精确的质量估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 从eFEDS中X射线与弱引力透镜选中的星系团的自洽分析中，可得哪些宇宙学约束？
• RQ2 基于观测富集度分布获得的X射线完备性函数，如何影响宇宙学参数推断？
• RQ3 eFEDS结果与普朗克、DES和SPT-SZ星系团宇宙学结果的一致性程度如何？
• RQ4 对质量-观测量关系的经验建模在多大程度上可减少星系团宇宙学中的系统不确定性？
• RQ5 联合X射线与弱引力透镜星系团样本对暗能量状态方程w的约束是什么？

主要发现

• 在平坦ΛCDM模型下，宇宙学约束为Ωₘ = 0.245⁺⁰.⁰⁴⁸₋₀.⁰⁵⁸，σ₈ = 0.833⁺⁰.⁰⁷⁵₋₀.⁰⁶³，S₈ = 0.791⁺⁰.⁰²⁸₋₀.⁰³¹。
• eFEDS结果与普朗克、DES和SPT-SZ巡天在≤1σ水平内一致。
• X射线完备性函数直接从富集度分布测量，并用作信息先验，增强了结果的稳健性。
• 通过结合X射线与弱引力透镜数据且不依赖外部先验，实现了完全自洽的宇宙学推断。
• 在平坦wCDM模型下，暗能量状态方程被约束为w = -1.25 ± 0.47，与宇宙学常数一致。
• 本研究展示了多波段协同在星系团宇宙学中的可行性与强大潜力，为未来巡天设立了新基准。