[论文解读] Strong and weak lensing united III: Measuring the mass distribution of the merging galaxy cluster 1E0657-56

Maruša Bradač, Douglas Clowe+8 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Aug 18, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜ACS、斯皮策空间望远镜和麦哲伦望远镜的数据，结合强引力透镜和弱引力透镜，生成了合并星系团1E0657-56的高分辨率、绝对校准的质量图。结果表明，总质量峰值与X射线气体分布存在偏移，且与星系空间位置重合，为非碰撞型暗物质提供了有力证据，并对暗物质自相互作用截面进行了约束。

ABSTRACT

The galaxy cluster 1E0657-56 (z = 0.296) is remarkably well-suited for addressing outstanding issues in both galaxy evolution and fundamental physics. We present a reconstruction of the mass distribution from both strong and weak gravitational lensing data. Multi-color, high-resolution HST ACS images allow detection of many more arc candidates than were previously known, especially around the subcluster. Using the known redshift of one of the multiply imaged systems, we determine the remaining source redshifts using the predictive power of the strong lens model. Combining this information with shape measurements of "weakly" lensed sources, we derive a high-resolution, absolutely-calibrated mass map, using no assumptions regarding the physical properties of the underlying cluster potential. This map provides the best available quantification of the total mass of the central part of the cluster. We also confirm the result from Clowe et al. (2004,2006a).

研究动机与目标

• 在不假设星系团势能物理特性的前提下，生成星系团核心区域的高分辨率、绝对校准质量图。
• 通过对比引力透镜测得的质量分布与重子物质及X射线组分，检验暗物质假说。
• 利用观测到的质量偏移，改进对暗物质自相互作用截面的约束。
• 通过识别临界曲线和反图像候选体，为未来搜寻高红移星系提供支持。
• 改进联合强弱引力透镜重建方法，以适用于复杂、正在合并的星系团。

提出的方法

• 利用多波段、高分辨率的哈勃ACS图像识别多重像系统和弱引力透镜源。
• 通过一个系统的光谱红移测量，利用强透镜建模预测其他透镜系统红移。
• 将强透镜数据（多重像）与弱透镜剪切测量相结合，重建投影质量分布。
• 应用一种联合反演技术，结合两种透镜效应，生成高分辨率、非参数化的质量图。
• 利用某些区域未检测到反图像的事实，进一步约束临界曲线和质量分布。
• 在后续工作中采用自适应网格技术，以提高高红移透镜区域的分辨率和精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在合并星系团1E0657-56中，总质量分布的峰值位于何处？其与X射线辐射气体和星系的位置相比如何？
• RQ2 由引力透镜追踪的总质量在多大程度上与可见星系的分布一致？这对暗物质的本质意味着什么？
• RQ3 联合强弱引力透镜方法是否能在不假设特定星系团势能形式的前提下，生成高分辨率、绝对校准的质量图？
• RQ4 基于观测到的质量偏移，可对暗物质自相互作用截面施加何种约束？
• RQ5 1E0657-56作为引力透镜在搜寻高红移星系方面具有何种潜力？

主要发现

• 主星系团质量峰值和子星系团质量集中区均明显偏离X射线气体分布，显著性水平分别为10σ和6σ。
• 在250 kpc范围内的总质量为：主星系团(2.8 ± 0.2) × 10¹⁴ M☉，子星系团(2.3 ± 0.2) × 10¹⁴ M☉。
• 总质量与星系在空间上重合，表明星系团质量主要由一种非碰撞型暗物质主导。
• 该星系团是高效的强引力透镜，其临界曲线面积与A1689相当，具备开展高红移星系搜寻的潜力。
• 识别出两个高红移候选体：一个弧状结构（B）红移被约束在z ≈ 3.24–6之间，另一个在斯皮策IRAC波段被探测到，红移z ≳ 6。
• 高分辨率质量图为模拟合并动力学历史提供了关键约束，并可独立估算暗物质自相互作用截面。