[论文解读] Optical Surveys for Galaxy Clusters

H. K. C. Yee, M. D. Gladders|ArXiv.org|Nov 21, 2001

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于双波段光学成像的红序列方法，用于在三维空间中检测星系团，有效消除投影污染。红序列星系团 Survey（RCS）成功识别出高红移星系团（z ≈ 0.5–1.4），包括多个强引力透镜弧，证明使用4米望远镜的广角光学巡天在 z > 0.5 时可高效构建定义明确、质量完整的星系团星表。

ABSTRACT

We present a brief review of the history of optical searches of galaxy clusters, starting from that of Abell. The traditional application of this survey method suffers from contamination due to projection of galaxies along the line of sight, which becomes increasingly more severe at higher redshift. The new generation of wide-field CCD imagers has provided a renewed impetus for optical surveys for clusters. We describe a new cluster finding technique using the red sequence of early-type galaxies in galaxy groups and clusters, which eliminates the projection problem by essentially producing a 3-D distribution of red galaxies using two-filter imaging data. The Red-Sequence Cluster Survey (RCS) is a 100 square degree optical survey, carried out using 4m class telescopes, which is optimally designed to search for clusters at $0.5

研究动机与目标

• 为克服传统光学星系团巡天中严重的投影污染问题，该问题严重限制了高红移星系团的探测。
• 开发一种利用早期型星系红序列作为距离指示器的三维星系团检测方法。
• 证明使用4米望远镜的广角光学巡天在 z > 0.5 时发现大质量星系团的可行性和高效性。
• 利用光度红移和丰度估计器，生成高红移处定义明确、质量完整的星系团星表。
• 通过从巡天数据中推导星系团质量函数，实现对 Ωm 和 σ8 的宇宙学约束。

提出的方法

• 利用双波段光学成像（如 R 和 I 滤波器）识别星系群和星系团中早期型星系的红序列。
• 应用颜色-星等选择法分离红序列星系，将其用作距离指示器，以区分真实的三维星系团聚集与视线方向上的投影重叠。
• 采用丰富度参数 Bgc（来自 Yee & López-Cruz 1999）作为星系团质量的代理，基于 CNOC1 星系团样本进行校准。
• 利用从颜色-星等数据推导出的光度红移，估算星系团的红移和物理属性。
• 应用选择函数修正和模拟，推导星系团质量函数和宇宙学约束。
• 利用4米望远镜（如 CFHT）提供的高质量广角成像，实现深度、大范围的覆盖。

实验结果

研究问题

• RQ1 红序列方法能否有效消除高红移光学星系团巡天中的投影污染？
• RQ2 使用4米望远镜进行广角双波段成像在 z > 0.5 时探测大质量星系团的效率如何？
• RQ3 通过红序列方法识别的高红移星系团中，强引力透镜弧的可探测性如何？
• RQ4 光度红移和丰富度参数能否用于推导可靠的星系团质量函数以支持宇宙学约束？
• RQ5 与X射线巡天相比，光学星系团探测在多大程度上会遗漏X射线明亮星系团？

主要发现

• 红序列星系团 Survey（RCS）成功探测到红移在 0.5 至 1.4 之间的星系团，其质量低至 ~10^14 M⊙。
• 该巡天识别出多个具有强引力透镜弧的星系团，包括一个罕见系统，其中两个不同红移的弧分别位于 z = 4.879 处。
• 对高红移透镜弧（z = 4.879）进行的光谱后续观测揭示了一条洛夫勒发射线，其速度宽度 < 50 km s⁻¹，表明其为紧凑且高度放大的源。
• RCS利用浅层双波段成像实现了对大质量星系团的高检测效率，每个星系团仅需约 10^4 秒的积分时间。
• 从两个区域的巡天数据中推导出的质量函数对 (Ωm, σ8) 参数对给出了自洽的约束，验证了其宇宙学应用价值。
• 该方法具有鲁棒性：Donahue 等人（2001）未发现光学选星系团会遗漏X射线明亮星系团的证据，证实了其完整性。