[论文解读] Detection of a filament connected to CL0016 with weak gravitational lensing

Yuichi Higuchi, Masamune Oguri+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究利用深度 Subaru/Suprime-Cam 成像，通过两种独立的背景减去方法，实现了对连接两个星系团 CL0016 和 RX J0018 的宇宙丝状结构的弱引力透镜探测。作者测得丝状结构的投影质量面密度为 $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$，以 $\geq 2\sigma$ 显著性确认了该丝状结构的存在，为大尺度结构形成提供了新的探测手段。

ABSTRACT

We report on the weak lensing detection of a filament between two galaxy clusters at $z=0.55$, CL0015.9+1609 and RX J0018.3+1618. We conduct weak lensing analysis of deep multi-band Subaru/Suprime-Cam images with $Lensfit$. The weak lensing signals from the filament are contaminated by signals from the adjacent massive clusters and we statistically subtract the cluster component using two different methods. Both methods yield consistent shear profiles on the filament with $\gtrsim2σ$ significance and the average surface mass density of the filament is $=(3.20\pm0.10) imes10^{14}h$ M$_\odot$Mpc$^{-2}$, which is in broad agreement with previous studies. On-going surveys such as Hyper Suprime-Cam will identify more filaments, which will serve as a new probe of structure formation in the Universe.

研究动机与目标

• 利用弱引力透镜方法探测连接两个大质量星系团 CL0016 和 RX J0018 的宇宙丝状结构。
• 通过开发并应用两种统计背景减去技术，克服大质量前景星系团对透镜信号的污染影响。
• 测量丝状结构的投影表面质量密度，并与理论预测及先前研究进行比较。
• 通过多种排除区域定义下的切向剪切和交叉剪切剖面，验证丝状结构探测的显著性。
• 展示弱引力透镜作为探测大尺度宇宙中丝状结构的稳健方法的可行性。

提出的方法

• 利用 Subaru/Suprime-Cam 的深度多波段成像，通过光度红移选择背景星系。
• 应用 $\text{Lensfit}$ 软件测量星系椭率，并估计归约剪切 $\mathbf{g} = \gamma / (1 - \kappa)$。
• 从透镜剪切构建收敛率图，以重建丝状结构的投影质量分布。
• 采用两种背景减去方法：(1) 减去星系团的最佳拟合 NFW 模型，(2) 减去丝状结构另一侧的剪切剖面。
• 使用 $r_{\text{vir}}$ 定义星系团周围的排除区域，以最小化星系团对丝状结构信号的污染。
• 假设收敛率剖面为常数，对切向剪切剖面进行拟合，为简化起见固定 $\theta_c = 2$ 弧分。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在大质量星系团污染的情况下，能否通过弱引力透镜方法可靠探测到红移 $z = 0.55$ 处连接两个星系团的丝状结构？
• RQ2 不同的背景减去技术如何影响丝状结构透镜信号的可靠性和显著性？
• RQ3 丝状结构的投影表面质量密度是多少？其与 $\Lambda$CDM 模拟和先前弱透镜研究的预测相比如何？
• RQ4 测量得到的剪切剖面与零假设的偏离程度如何，表明其具有统计显著性？
• RQ5 弱引力透镜对丝状结构的探测能否作为检验 $\Lambda$CDM 框架下结构形成模型的可行探针？

主要发现

• 在所有排除区域定义和两种背景减去方法下，丝状结构的透镜信号均以 $\geq 2\sigma$ 显著性被探测到。
• 丝状结构的平均表面质量密度测量值为 $\langle\Sigma\rangle = (3.20 \pm 0.10) \times 10^{14}h\,M_\odot\,\text{Mpc}^{-2}$，与先前对丝状结构的弱透镜研究结果一致。
• CL0016 的 virial 质量和浓度分别估计为 $M_{\text{vir}} = (2.09^{+0.10}_{-0.21}) \times 10^{15}h^{-1}M_\odot$ 和 $c_{\text{vir}} = 5.56^{+0.63}_{-0.79}$。
• RX J0018 的 virial 质量和浓度分别估计为 $M_{\text{vir}} = (4.51^{+1.13}_{-1.05}) \times 10^{14}h^{-1}M_\odot$ 和 $c_{\text{vir}} = 4.61^{+1.90}_{-1.35}$。
• 丝状结构的切向剪切剖面与模拟预期一致，且未显示显著的交叉剪切信号，证实了透镜信号与丝状结构轴线的对齐。
• 收敛率图显示出两个星系团之间存在清晰的质量桥，支持了连接它们的丝状结构的存在。