[论文解读] X--ray clusters: towards a new determination of the density parameter of the universe

J. Oukbir, Alain Blanchard|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1996

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 9

一句话总结

本文提出一种利用X射线星系团性质进行宇宙学检验的新方法，通过高红移温度选中的星系团的红移分布以及高红移的光度-温度关系来测量宇宙的密度参数Ω₀。该方法对初始功率谱形状不敏感，得出Ω₀ ≈ 0.15–0.4，与动力学估计一致，为宇宙密度提供了清晰、模型无关的约束。

ABSTRACT

We use a self-consistent modeling of x-ray cluster properties to constrain cosmological scenarios of structure formation in the case of open cosmological models. We first show that an unbiased open model can reproduce present day observations, provided that the density parameter is in the range 0.15-0.4. Although this estimate is derived in a rather different way, it is very close to dynamical measurements. We also obtain constraints on the shape of the initial fluctuation power spectrum: we find that the local spectral index n falls in the range -1.1 < n < -1.6 on scales between 10 and 30h^{-1}Mpc. We focus on differences between open models and the Einstein--de Sitter model, and we exhibit a test which depends only on the cosmological parameter and is insensitive to the shape of the initial fluctuations power spectrum: we show that, contrary to what is generally admitted, the redshift distribution of X-ray clusters selected on the basis of their apparent temperature is almost independent of the power spectrum and that it is only sensitive to the value of density of the universe. Since the relation between the virial mass and the X-ray temperature seems rather robust, we expect very little theoretical uncertainty in the modeling. This allows us to show that the combined knowledge of the redshift distribution of X-ray flux selected clusters and that of the luminosity-temperature correlation at high redshifts offers a new and efficient way to measure the mean density of the universe. This appears to be a clean test not suffering of the problems attached to local density estimators. We have tentatively applied our test to the redshift distribution of clusters detected within the Einstein medium sensitivity X-ray survey.

研究动机与目标

• 开发一种基于X射线星系团性质的宇宙学检验方法，用于测量密度参数Ω₀，且对初始功率谱的不确定性具有鲁棒性。
• 评估通过表观温度选择的X射线星系团红移分布是否确实对初始涨落功率谱形状不敏感。
• 将高红移的光度-温度关系数据与星系团红移分布相结合，以在不依赖本地密度估计器的情况下约束Ω₀。
• 将开放宇宙学模型与爱因斯坦-德西特模型进行比较，并识别出仅对Ω₀敏感的检验方法。
• 使用爱因斯坦中等敏感度X射线巡天的数据验证该方法。

提出的方法

• 使用物理上合理的星系团束缚质量与X射线温度之间的关系，自洽地建模X射线星系团性质。
• 在不同宇宙学模型下模拟星系团的红移分布，重点关注不同Ω₀值的开放模型。
• 利用高红移的光度-温度（L-T）关系作为校准工具，以锚定星系团群体的演化。
• 基于按表观温度选择的星系团红移分布构建检验方法，作者认为该方法仅依赖于Ω₀。
• 将该方法应用于爱因斯坦中等敏感度X射线巡天数据，以推导Ω₀的约束。
• 将结果与动力学测量进行比较，并评估该方法对初始功率谱形状变化的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否将按表观温度选择的X射线星系团红移分布用作独立于初始功率谱的宇宙学探针？
• RQ2 在开放宇宙学模型中，当前X射线星系团观测结果与Ω₀的哪个范围一致？
• RQ3 高红移的光度-温度关系如何约束星系团群体的演化？
• RQ4 该检验方法对初始涨落功率谱不确定性的依赖程度如何？
• RQ5 该方法能否提供一种清晰、模型无关的宇宙密度参数Ω₀测量？

主要发现

• 若密度参数Ω₀位于0.15–0.4范围内，无偏的开放宇宙学模型可重现当前的X射线星系团观测结果。
• 按温度选择的X射线星系团红移分布几乎不依赖于初始功率谱形状，仅取决于Ω₀。
• 束缚质量- X射线温度关系足够稳健，可将建模中的理论不确定性降至最低。
• 高红移L-T关系与星系团红移分布的联合分析提供了一种新颖且高效的Ω₀测量方法。
• 该方法避免了本地密度估计器的系统性问题，提供了一种清晰的宇宙学检验。
• 初步应用于爱因斯坦中等敏感度X射线巡天数据，支持该方法与现有数据的一致性。