[论文解读] Improved Cosmological Constraints from SDSS redMaPPer Clusters via X-ray Follow-up of a Complete Subsample of Systems

Matthew Kirby, Eduardo Rozo+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2019

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本研究通过整合对SDSS红玛瑙星系团中30个最富集星系团（z ∈ [0.1, 0.3]）的完整X射线样本的钱德拉X射线观测，改进了来自SDSS红玛瑙星系团的宇宙学约束。通过联合建模丰度-质量关系、气体质量-质量关系以及宇宙学参数，对Ωₘ和σ₈的约束分别收紧了25.5%和29.8%，结果与普朗克早期宇宙结果一致。

ABSTRACT

We improve upon the cosmological constraints derived from the abundance and weak-lensing data of redMaPPer clusters detected in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Specifically, we derive gas mass data using Chandra X-ray follow-up of a complete sample of the 30 richest SDSS redMaPPer clusters with $z\in[0.1,0.3]$, and use these additional data to improve upon the original analysis by Costanzi et al. (2019b). We simultaneously fit for the parameters of the richness-mass relation, the cluster gas mass-mass relation, and cosmology. By including our X-ray cluster sample in the SDSS cluster cosmology analysis, we measure $Ω_{ m m} = 0.25 \pm 0.04$ and $σ_8 = 0.85^{+0.06}_{-0.08}$. These constraints represent a 25.5% and 29.8% reduction in the size of the 68% confidence intervals of $Ω_{ m m}$ and $σ_8$ respectively, relative to the constraints published in Costanzi et al. (2019b). Our cosmological constraints are in agreement with early universe results from Planck. As a byproduct of our analysis, we also perform an independent calibration of the amplitude of the $\langle M_{ m gas}^{ m true}|M_{ m 500c} angle$ scaling relation. Our calibration is consistent with and of comparable precision to that of Mantz et al. (2016b).

研究动机与目标

• 通过引入高保真度的X射线气体质量测量，改进基于光学选的星系团的宇宙学约束。
• 通过使用SDSS红玛瑙星表中30个最富集星系团的完整X射线观测样本，减少丰度-质量关系和气体质量-质量关系的不确定性。
• 通过在联合似然分析中结合光学丰度、弱引力透镜质量和X射线气体质量数据，实现对Ωₘ和σ₈的更紧约束。
• 提供真实气体质量-晕质量关系的独立校准，提升未来星系团宇宙学研究的稳健性。

提出的方法

• 对SDSS红玛瑙星表中30个最富集星系团中的11个（z ∈ [0.1, 0.3]）获取钱德拉X射线观测，以测量R₅₀₀c内的真实气体质量（M_gas^true）。
• 将这些X射线测量结果与档案数据结合，形成一个完整的30个星系团样本，最大限度减少选择偏差。
• 构建一个联合似然模型，同时拟合丰度-质量关系、气体质量-质量关系以及宇宙学参数（Ωₘ, σ₈）。
• 对气体质量-质量关系施加保守先验，以稳定推断并减少与散布相关的不确定性。
• 利用堆叠弱引力透镜质量校准平均丰度-质量关系，其中X射线气体质量作为低散布、无偏的高质量代理。
• 将联合分析与重子声学振荡（BAO）数据结合，进一步收紧宇宙学约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 钱德拉X射线气体质量测量在多大程度上改善了来自SDSS光学选星系团的宇宙学约束？
• RQ2 包含一个完整、经X射线观测的最富集星系团样本，能在多大程度上减少丰度-质量关系和气体质量-质量关系的不确定性？
• RQ3 低散布、无偏的质量代理对Ωₘ和σ₈等宇宙学参数约束精度有何影响？
• RQ4 本研究对真实气体质量-晕质量关系的校准与Mantz等人（2016b）的工作相比如何？
• RQ5 在光学/X射线/BAO联合分析中引入X射线数据，能否显著收紧对Ωₘ和σ₈的约束？

主要发现

• 与Costanzi等人（2019b）的先前分析相比，引入钱德拉X射线数据使Ωₘ的68%置信区间宽度缩小了25.5%，σ₈的相应宽度缩小了29.8%。
• 最终的宇宙学约束结果为Ωₘ = 0.25 ± 0.04，σ₈ = 0.85⁺⁰.⁰⁶₋₀.⁰⁸，与普朗克的早期宇宙结果一致。
• ⟨M_gas^true|M₅₀₀c⟩标度关系的幅度被独立校准，结果与Mantz等人（2016b）一致，且精度相当。
• 与C19相比，丰度-质量关系参数log M₁和α_λ的68%置信区间宽度分别缩小了39.3%和30.8%。
• 当与BAO数据结合时，X射线样本的引入使Ωₘ和σ₈的68%置信区间宽度进一步分别缩小了36.5%和32.3%。
• 分析表明，使用完整、低散布的质量代理（X射线气体质量）可显著降低宇宙学后验不确定性，从而在无偏前提下实现更紧的约束。