[论文解读] Halo cluster shapes: Insights from simulated galaxies and ICL with prospects for weak lensing applications

Elizabeth Johana Gonzalez, Cinthia Ragone-Figueroa+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 108被引用 9

一句话总结

本研究利用宇宙学流体动力学模拟，分析星系团中暗物质、星系成员及星系间光（ICL）的形状与取向。结果表明，星系成员与ICL是暗物质晕取向的有效示踪者，其中集中型星系在弱引力透镜堆叠中表现出更强的对齐性与更低的稀释效应，尤其在低质量星系团中表现更优。

ABSTRACT

We present a detailed study of the shapes and alignments of different galaxy cluster components using hydrodynamical simulations. We compute shape parameters from the Dark Matter (DM) distribution, the galaxy members and the intra-cluster light (ICL). We assess how well the DM cluster shape can be constrained by means of the identified galaxy member positions and the ICL. Further, we address the dilution factor introduced when estimating the cluster elongation using weak-lensing stacking techniques, which arises due to the misalignment between the total surface mass distribution and the distribution of luminous tracers. The dilution is computed considering the alignment between the DM and the Brightest Cluster Galaxy, the galaxy members and the ICL. Our study shows that distributions of galaxy members and ICL are less spherical than the DM component, although both are well aligned with the semi-major axis of the later. We find that the distribution of galaxy members hosted in more concentrated subhalos is more elongated than the distribution of the DM. Moreover, these galaxies are better aligned with the dark matter component compared to the distribution of galaxies hosted in less concentrated subhalos. We conclude that the positions of galaxy members can be used as suitable tracers to estimate the cluster surface density orientation, even when a low number of members is considered. Our results provide useful information for interpreting the constraints on the shapes of galaxy clusters in observational studies.

研究动机与目标

• 评估星系成员位置与星系间光（ICL）在多大程度上能追踪星系团中暗物质（DM）晕的形状与取向。
• 量化由于明亮示踪者与真实DM面质量分布之间错位所导致的弱引力透镜堆叠中的稀释因子。
• 比较不同距核半径与质量区间下DM、星系成员与ICL的形状与取向特性。
• 评估在观测弱引力透镜研究中，星系成员、ICL与核心星系（BCG）作为示踪者在约束DM晕取向方面的有效性。

提出的方法

• 采用包含亚网格元气体物理的宇宙学流体动力学模拟，以模拟真实的星系团环境。
• 基于示踪者位置（DM、星系、ICL）的投影等密度轮廓与惯性张量方法，计算形状参数。
• 定义至R200的径向分箱，以分析从星系团中心到外围的形状演化。
• 测量示踪者（星系、ICL、BCG）与DM晕主轴（SMA）之间的错位角。
• 基于示踪者-DM错位，计算稀释因子D，即弱引力透镜堆叠中观测椭率与真实投影椭率的比值。
• 根据其宿主DM亚晕浓度，将星系分类为集中型与扩展型，以比较其对齐性与形状特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系成员分布在多大程度上能追踪潜在暗物质晕的形状与取向？
• RQ2 示踪者错位对弱引力透镜堆叠中估算椭率的影响如何？该稀释效应如何随星系团质量与示踪者类型变化？
• RQ3 星系间光（ICL）与星系成员的形状与暗物质分布相比如何？它们是否与DM晕更佳对齐？
• RQ4 在成员星系数量较少的星系团中，集中型星系是否比扩展型星系提供更可靠的取向估计？
• RQ5 ICL能否作为弱引力透镜形状测量中DM面质量分布的稳健代理？

主要发现

• 星系成员比DM分布更不呈球形，其投影半轴比中位数约为DM值的≲0.85倍，表明其分布更拉长。
• 即使示踪者数量较少，星系成员与DM晕主轴的中位错位角仍约为∼10°，表明尽管存在噪声偏差，其对齐性依然很强。
• 集中型星系比扩展型星系更拉长，且与DM晕对齐性更好，其在弱引力透镜堆叠中的稀释效应显著降低。
• ICL比DM面质量分布更拉长，其中位半轴比偏低，且与DM面密度有紧密对齐（中位错位角∼5°）。
• 对于低质量星系团（成员少于100个），稀释效应显著（D ≲ 0.6），但可通过仅分析集中型星系或使用ICL至外半径区域来降低。
• BCG取向可适度降低稀释效应，尤其在宁静星系团中，但其表现仍逊于集中型星系与ICL，后者在减少形状偏差方面更优。