[论文解读] The XMM--NEWTON Omega Project: II.Cosmological implications from the high redshift L-T relation of X-ray clusters

S. Vauclair, Alain Blanchard+8 more|ArXiv.org|Nov 17, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 34

一句话总结

本研究利用XMM-Newton Omega项目获得的高红移X射线星系团L-T关系，检验宇宙学模型，发现高物质密度宇宙（Ωₘ ≈ 0.85–1.0）在未经调整的情况下与观测到的星系团数量计数最为吻合。相比之下，共形成模型（Ωₘ = 0.3）在高红移区域的星系团丰度预测值高出近一个数量级，表明可能存在标准星系团标定关系的偏离，或需修正M-T关系的红移演化行为。

ABSTRACT

The evolution with redshift of the temperature-luminosity relation of X-ray galaxy clusters is a key ingredient to break degeneracies in the interpretation of X-ray clusters redshift number counts. We therefore take advantage of the recent measurements of the temperature-luminosity relation of distant clusters observed with XMM-Newton and Chandra satellites to examine theoretical number counts expected for different available X-rays cluster samples, namely the RDCS, EMSS, SHARC, 160deg^2 and the MACS at redshift greater than 0.3. We derive these counts without any adjustment, using models previously normalized to the local temperature distribution function and to the high-z (z = 0.33) TDF. We find that these models having Omega_M in the range [0.85-1.] predict counts in remarkable agreement with the observed counts in the different samples. We illustrate that this conclusion is weakly sensitive to the various ingredients of the modeling. Therefore number counts provide a robust evidence of an evolving population. A realistic flat low density model (Omega_M = 0.3), normalized to the local abundance of clusters is found to overproduce cluster abundance at high redshift (above z = 0.5) by nearly an order of magnitude. This result is in conflict with the popular concordance model. The conflict could indicate a deviation from the expected scaling of the M-T relation with redshift.

研究动机与目标

• 利用X射线星系团L-T关系的红移演化特性检验宇宙学模型，以减少Ωₘ估计中的退化问题。
• 评估z > 0.3红移处X射线星系团的观测数量计数是否与标准宇宙学模型一致。
• 评估结果对M-T关系和L-T关系不确定性以及σ₈归一化程度的鲁棒性。
• 确定共形成模型（Ωₘ = 0.3）是否能在不违反观测到的L-T标定关系的前提下，解释高红移星系团的丰度。

提出的方法

• 将XMM-Newton和Chandra对高红移L-T关系（L03，Vikhlinin等，2002）的测量结果作为建模的关键输入。
• 利用归一化至本地（z ≈ 0.05）和高红移（z ≈ 0.33）温度函数（TDF）的模型，计算X射线星系团样本（RDCS、EMSS、SHARC、160deg²、MACS）的理论数量计数。
• 采用具有不同Ωₘ、σ₈和M-T归一化（BN98与M98）的平坦ΛCDM类模型框架，使用公式（1）表示M-T标定关系。
• 将预测的数量计数与多个巡天（包括通量限制子集）的观测红移分布进行比较。
• 通过图1中的误差带量化σ₈离散性和L-T关系演化带来的不确定性。
• 测试了违反标准红移标定的替代M-T标定关系（公式6），以评估模型的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的z > 0.3红移处X射线星系团的红移分布是否更支持高物质密度宇宙而非共形成模型？
• RQ2 当L-T关系由XMM-Newton和Chandra数据约束时，理论数量计数与观测到的星系团计数匹配程度如何？
• RQ3 结果在多大程度上对σ₈、M-T归一化或L-T演化的不确定性敏感？
• RQ4 共形成模型（Ωₘ = 0.3）是否能在不违反观测L-T关系的前提下再现高红移星系团的丰度？
• RQ5 观测计数与共形成模型之间的差异是否源于标准M-T标定关系在红移演化中的失效？

主要发现

• 在[0.85–1.0]范围内的Ωₘ模型，若同时归一化至本地和高红移TDF，可在无需任何调整的情况下重现多个巡天中的观测星系团数量计数。
• 共形成模型（Ωₘ = 0.3）在z > 0.5红移区域的星系团数量预测值比观测结果高出近一个数量级。
• 该结果对σ₈和L-T关系演化的变化具有鲁棒性，表明差异并非源于统计不确定性。
• 采用违反标准红移标定的修正M-T关系（公式6）可使预测结果与共形成模型重新一致，表明M-T关系可能未按预期随红移演化。
• 该发现与先前对EMSS和RDCS样本的分析一致，后者同样倾向于高Ωₘ值（如Ωₘ ≈ 0.85 ± 0.2）。
• 与共形成模型的冲突暗示，可能需要重新审视分层结构形成中关于星系团气体物理或M-T标定关系的标准假设。