[论文解读] The velocity dispersion profiles of clusters of galaxies: a cosmological test and the sampling effect

Y. P. Jing, Gerhard Börner|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 1995

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本文研究了在七种宇宙学模型下星系团的速度弥散剖面，以检验其对宇宙学参数（尤其是Ω和Λ）的敏感性。研究发现，尽管在原则上剖面会因Ω和Λ的不同而显著差异，但受限的采样和较小的星系团样本会降低区分能力，导致当前数据下Ω ≥ 0.2的模型无法区分。

ABSTRACT

In this paper we investigate the velocity dispersion profiles of clusters of galaxies for seven cosmological models. One model is the SCDM model, and the others are six low-density models with the density parameter $Ω=0.1$, 0.2 or 0.3 and with or without a cosmological constant $Λ=1-Ω$. We find that the velocity dispersion profiles depend both on $Ω$ and on $Λ$. For $Λ=0$, the profiles are steeper in a lower-$Ω$ model than in a higher-$Ω$ one. The cosmological constant significantly weakens the dependence on $Ω$: the difference in the profile distributions between two flat models is much smaller than that between the two corresponding open models with the same $Ω$. These results in principle can be used to constrain the cosmological parameters when a large sample of the velocity dispersion profiles is available. Motivated by the practical situation that a sample of $\sim 100$ clusters with $\sim 100$ measured redshifts per cluster is still the best sample available in the foreseen future, we examine carefully to what degree the cosmological parameters can be constrained with the velocity dispersion profiles of such a sample of clusters. The limited sampling around clusters and the limited number of clusters seriously degrade the discriminative power of the velocity dispersion profiles among cosmological models. We find that the five models of $Ω\ge 0.2$ cannot be distinguished by this type of observation. Due to the limited sampling, one should be very cautious in extracting information about the density profile and/or the dynamics around single clusters from the diluted velocity dispersion profiles

研究动机与目标

• 评估星系团速度弥散剖面对于宇宙学参数Ω和Λ的敏感性。
• 评估利用观测到的速度弥散剖面区分不同宇宙学模型的实际可行性。
• 量化有限星系团采样（例如约100个星系团，每个星系团约100个红移）对宇宙学参数约束的影响。
• 研究采样效应如何扭曲对单个星系团周围动力学结构和密度剖面的推断。

提出的方法

• 为七种宇宙学模型模拟速度弥散剖面：一种SCDM模型和六种低密度模型，其中Ω = 0.1, 0.2, 0.3，且Λ = 1−Ω。
• 使用N体模拟在不同宇宙学假设下模拟星系团的动力学行为。
• 分析速度弥散剖面的径向依赖性，以检测不同模型之间的差异。
• 评估有限采样（每个星系团的红移数量有限）对剖面重建和模型区分的影响。
• 比较不同Ω和Λ下观测剖面在区分模型方面的判别能力，尤其关注平坦宇宙与开放宇宙之间的差异。
• 评估从稀释的、稀疏采样的速度弥散剖面中提取动力学和密度结构的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系团的速度弥散剖面如何随宇宙学参数Ω和Λ变化？
• RQ2 在相同Ω下，速度弥散剖面在多大程度上能够区分平坦宇宙与开放宇宙模型？
• RQ3 有限采样效应（每个星系团的红移数量有限以及星系团样本量小）如何降低对宇宙学参数约束的能力？
• RQ4 当采样稀疏时，能否从速度弥散剖面中可靠地推断出动力学或密度结构？
• RQ5 在当前观测数据限制下，可实现的模型区分最小程度是多少？

主要发现

• 速度弥散剖面对Ω和Λ均表现出显著依赖性，当Λ = 0时，低Ω模型的剖面更陡峭。
• 宇宙学常数Λ会降低剖面对于Ω的敏感性，使得平坦模型（如Ω=0.3, Λ=0.7）之间的差异小于对应开放模型之间的差异。
• 在当前观测限制下（约100个星系团，每个星系团约100个红移），无法通过速度弥散剖面区分Ω ≥ 0.2的模型。
• 采样限制严重削弱了速度弥散剖面在宇宙学模型检验中的判别能力。
• 稀疏采样导致的稀释速度弥散剖面，会显著增加对单个星系团周围真实动力学和密度结构推断的不确定性。
• 本研究警告：在数据有限时，不应过度解读速度弥散剖面所提取的宇宙学或动力学信息。