[论文解读] The extended ROSAT-ESO Flux Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) IV. X-ray Luminosity Function and First Constraints on Cosmological Parameters

H. Böhringer, Gayoung Chon+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 94被引用 61

一句话总结

本文基于扩展的REFLEX II巡天中910个星系团的X射线亮度函数（XLF），通过精确建模的选择函数推导出宇宙学约束。研究发现，在红移0–0.4范围内XLF保持一致，得出紧密的约束结果：Ωₘ = 0.29 ± 0.04 和 σ₈ = 0.77 ± 0.07，与PLANCK星系团结果高度一致，但与CMB推导的值存在张力。

ABSTRACT

The X-ray luminosity function is an important statistic of the census of galaxy clusters and an important means to probe the cosmological model of our Universe. Based on our recently completed REFLEX II cluster sample we construct the X-ray luminosity function of galaxy clusters for several redshift slices from $z = 0$ to $z = 0.4$ and discuss its implications. We find no significant signature of redshift evolution of the luminosity function in the redshift interval. We provide the results of fits of a parameterized Schechter function and extensions of it which provide a reasonable characterization of the data. Using a model for structure formation and galaxy cluster evolution we compare the observed X-ray luminosity function with predictions for different cosmological models. For the most interesting constraints for the cosmological parameters $Ω_m$ and $σ_8$ we obatain $Ω_m \sim 0.27 \pm 0.03$ and $σ_8 \sim 0.80 \pm 0.03$ based on the statistical uncertainty alone. Marginalizing over the most important uncertainties, the normalisation and slope of the $L_X - M$ scaling relation, we find $Ω_m \sim 0.29 \pm 0.04$ and $σ_8 \sim 0.77 \pm 0.07$ ($1σ$ confidence limits). We compare our results with those of the SZ-cluster survey provided by the PLANCK mission and we find very good agreement with the results using PLANCK clusters as cosmological probes, but we have some tension with PLANCK cosmological results from the microwave background anisotropies. We also make a comparison with other cluster surveys. We find good agreement with these previous results and show that the REFLEX II survey provides a significant reduction in the uncertainties compared to earlier measurements.

研究动机与目标

• 利用扩展的REFLEX II星系团样本，构建附近宇宙中星系团的精确X射线亮度函数（XLF）。
• 评估红移范围z = 0至z = 0.4内XLF的演化特性，并检验宇宙学演化信号。
• 通过将观测到的XLF与理论结构形成模型对比，推导Ωₘ和σ₈的宇宙学约束。
• 量化系统性不确定性的主要来源，特别是Lₓ–M关系的影响，并对关键模型参数进行边缘化处理。
• 将结果与其它主要星系团巡天（包括PLANCK、SDSS和SZ巡天）进行比较，评估一致性与精度。

提出的方法

• 基于通量有限的X射线探测和红移完备性，为910个REFLEX II星系团构建详细的选择函数。
• 使用参数化的Schechter函数及其扩展形式拟合观测到的XLF，以表征亮度分布。
• 利用Tinker等（2008）的质量函数和Eisenstein & Hu（1998）的转移函数，将观测XLF与宇宙学结构形成理论预测进行比较。
• 在模型中使用从0.25×10⁴⁴ erg s⁻¹到2.4 keV校准的Lₓ–M关系，将X射线亮度与星系团质量关联。
• 通过对Lₓ–M关系归一化和斜率的不确定性进行边缘化处理，获得稳健的宇宙学约束。
• 通过与独立星系团巡天（PLANCK、SDSS、SZ）的对比验证结果，并评估不同数据集间的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团的X射线亮度函数在z = 0至z = 0.4之间是否表现出显著的演化？
• RQ2 基于REFLEX II星系团样本的观测XLF，Ωₘ和σ₈的宇宙学约束是什么？
• RQ3 Lₓ–M关系中的不确定性如何影响推导出的宇宙学参数约束？
• RQ4 REFLEX II的宇宙学约束与PLANCK星系团巡天和CMB各向异性测量结果相比如何？
• RQ5 REFLEX II结果在精度和一致性方面相较于以往X射线星系团巡天有多大提升？

主要发现

• 从z = 0到z = 0.4，X射线亮度函数未表现出显著的红移演化，表明该红移范围内星系团群体保持稳定。
• 观测到的XLF可用Schechter函数及其扩展形式良好描述，当使用校准后的Lₓ–M关系时，与理论预测高度吻合。
• 仅考虑统计不确定性时，宇宙学约束为Ωₘ = 0.27 ± 0.03 和 σ₈ = 0.80 ± 0.03，与早期结果一致。
• 在对Lₓ–M关系中主导系统性不确定性的边缘化处理后，约束结果变为Ωₘ = 0.29 ± 0.04 和 σ₈ = 0.77 ± 0.07。
• 结果与PLANCK星系团巡天的宇宙学约束高度一致，支持基于星系团的探针具有良好的一致性。
• REFLEX II与PLANCK星系团结果同CMB推导的宇宙学参数之间存在张力，提示CMB基约束中可能存在未解决的系统性误差。