X-ray analysis of galaxy clusters with the eROSITA all-sky survey and its application to cosmology

• Project/Area Number: 20K04027
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: Nara Women's University
• Principal Investigator: 太田 直美 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (40391891)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
• Keywords: 銀河団 / 精密宇宙論 / X線天文学 / 質量関数 / ダークマター / ダークエネルギー / Ｘ線天文学

Outline of Research at the Start

銀河団は宇宙最大の天体であり、その形成や進化を理解することは、宇宙そのものの進化を理解することに役立つ。どのような質量の銀河団がいくつあるかを様々な距離に渡って精密に測定できれば、宇宙論モデルに制限をつけることができる。特に、最大の謎であるダークエネルギーの性質の解明に向けて新たな手がかりが得られると期待される。本研究では、2019年7月に打ち上げられたSRG衛星搭載eROSITA検出器による過去最大のＸ線全天サーベイを利用して、多数の銀河団のＸ線データを統一的に解析し、高精度の質量関数測定を実現することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

銀河団は宇宙最大の天体であり、その形成や進化を理解することは、宇宙そのものの進化を理解することに役立つ。どのような質量の銀河団がいくつあるかを 様々な距離に渡って精密に測定できれば、宇宙論モデルに制限をつけることができる。特に、最大の謎であるダークエネルギーの性質の解明に向けて新たな手がかりが得られると期待される。本研究では、SRG衛星搭載eROSITA望遠鏡による過去最大のX線全天サーベイを利用して、多数の銀河団のX線データを統一的に解析し、高精度の質量関数測定を実現することを目的とする。これまで、X線領域で精度のよい質量測定を阻んできたのは、銀河団内部の複雑なガス進化に由来するスケーリング則の分散である。そこで、主成分分析から分散の物理起源を特定して取り除き、さらに遠方天体についても同様の解析を行ったうえで、広い赤方 偏移範囲に適用可能な質量推定法の確立を目指す。今年度はまず、eROSITAとすばる望遠鏡が共同で行った初期サーベイ領域にある大規模な可視銀河団を対象としたX線データ解析から、1)質量光度関係などのスケーリング則および2)銀河団の力学状態の測定を行った。ここで、1)今回得られたスケーリング則がダークマター中心集中度を考慮した新しいベースラインモデル(Fujita & Aung 2019)と一致することを示した。2)中心銀河とX線ピーク位置間のずれなど3種類の指標を用いて銀河団形態を分類し、可視銀河団サンプルには不規則型の割合が多いことを示した。続いて、小規模な銀河団を含む約千天体に対象を広げて、同様のX線データ解析を行った。これまでに各天体の中心銀河の同定をほぼ終えた。また、小規模天体は暗いため、似たような距離やリッチネスを持つ複数の天体同士をグループ分けし、平均光度などの観測量を求めるスタッキング解析の手法開発を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

eROSITA望遠鏡の初期サーベイ領域にある大規模な銀河団について、X線データ解析をまとめ論文を出版することができたため。

Strategy for Future Research Activity

まずX線データのスタッキング解析の手法を確立し、eROSITA 初期サーベイ領域中の可視銀河団についてスケーリング則を導出する。この手法によってサンプルが約千天体にまで拡大できれば、それを数種類の赤方偏移範囲にわけて同様の解析を行い、銀河団の質量スケール則の赤方偏移進化の有無や分散の起源について調査を行う予定である。次に、初期サーベイデータの解析手法をeROSITA第四期サーベイデータに適用する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ボン大学/マックスプランク地球外物理学 研究所/チュービンゲン大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ボン大学/マックスプランク地球外物理学研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ボン大学/マックスプランク地球外物理学研究所(ドイツ)
• [Journal Article] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS) (2023)
  • Author(s): Ota N.、Nguyen-Dang N. T.、Mitsuishi I.、Oguri M.、Klein M.、Okabe N.、Ramos-Ceja M. E.、Reiprich T. H.、Pacaud F.、Bulbul E.、Bruggen M.、Liu A.、Migkas K.、Chiu I.、Ghirardini V.、Grandis S.、Lin Y.-T.、Miyatake H.、Miyazaki S.、Sanders J. S.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 669 Pages: A110-A110
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202244260
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] X-ray studies of the Abell 3158 galaxy cluster with eROSITA (2022)
  • Author(s): Whelan B.、Veronica A.、Pacaud F.、Reiprich T. H.、Bulbul E.、Ramos-Ceja M. E.、Sanders J. S.、Aschersleben J.、Iljenkarevic J.、Migkas K.、Freyberg M.、Dennerl K.、Kara M.、Liu A.、Ghirardini V.、Ota N.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 663 Pages: A171-A171
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141621
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The eROSITA view of the Abell 3391/95 field: Case study from the Magneticum cosmological simulation (2022)
  • Author(s): Biffi Veronica、Dolag Klaus、Reiprich Thomas H.、Veronica Angie、Ramos-Ceja Miriam E.、Bulbul Esra、Ota Naomi、Ghirardini Vittorio
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 661 Pages: A17-A17
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141107
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS). A complete census of X-ray properties of Subaru Hyper Suprime-Cam weak lensing shear-selected clusters in the eFEDS footprint (2022)
  • Author(s): Ramos-Ceja M. E.、Oguri M.、Miyazaki S.、Ghirardini V.、Chiu I.、Okabe N.、Liu A.、Schrabback T.、Akino D.、Bahar Y. E.、Bulbul E.、Clerc N.、Comparat J.、Grandis S.、Klein M.、Lin Y.-T.、Merloni A.、Mitsuishi I.、Miyatake H.、More S.、Nandra K.、Nishizawa A. J.、Ota N.、Pacaud F.、Reiprich T. H.、Sanders J. S.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: - Pages: A14-A14
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202142214
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS) (2022)
  • Author(s): Ghirardini Vittorio、Emre Bahar Y.、Bulbul Esra、Liu Ang、Clerc Nicolas、Pacaud Florian、Comparat Johan、Liu Teng、Ramos-Ceja Miriam E.、Hoang Duy、Ider-Chitham Jacob、Klein Matthias、Merloni Andrea、Nandra Kirpal、Ota Naomi、Predehl Peter、Reiprich Thomas H.、Sanders Jeremy、Schrabback Tim
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 661 Pages: A12-A12
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS): Optical confirmation, redshifts, and properties of the cluster and group catalog (2021)
  • Author(s): Klein M.、Oguri M.、Mohr J. J.、Grandis S.、Ghirardini V.、Liu T.、Liu A.、Bulbul E.、Wolf J.、Comparat J.、Ramos-Ceja M. E.、Buchner J.、Chiu I.、Clerc N.、Merloni A.、Miyatake H.、Miyazaki S.、Okabe N.、Ota N.、Pacaud F.、Salvato M.、Driver S. P.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: - Pages: A4-A4
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141123
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS): The catalog of galaxy clusters and groups (2021)
  • Author(s): Liu A.、Bulbul E.、Ghirardini V.、Liu T.、Klein M.、Clerc N.、Oezsoy Y.、Ramos-Ceja M. E.、Pacaud F.、Comparat J.、Okabe N.、Bahar Y. E.、et al.
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: - Pages: A2-A2
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hundreds of weak lensing shear-selected clusters from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program S19A data (2021)
  • Author(s): Oguri, Masamune ; Miyazaki, Satoshi ; Li, Xiangchong; Luo, Wentao ; Mitsuishi, Ikuyuki ; Miyatake, Hironao ; More, Surhud ; Nishizawa, Atsushi J.; Okabe, Nobuhiro; Ota, Naomi; Plazas Malagテウn, Andrテゥs A.; Utsumi, Yousuke
  • Journal Title: PASJ Volume: 73 Issue: 4 Pages: 817-829
  • DOI: 10.1093/pasj/psab047
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] HSC-SSP領域にある高赤方偏移銀河団のスケーリング関係と力学的進化 (2022)
  • Author(s): 吉本愛使, 太田直美, 三石郁之, 作田皓基, 大栗真宗, 岡部信広, 鳥羽儀樹, 浜名崇, 宮崎総, 他HSC銀河団コラボレーション
  • Organizer: 日本天文学会2022秋季年会
• [Presentation] HSC-SSPサーベイ領域Weak Lensing銀河団のX線フォローアップ計画(7) (2021)
  • Author(s): 作田皓基, 志村拓馬, 三石郁之, 浜名崇, 宮崎聡, 大栗真宗, 太田直美, 岡部信広, 赤松弘規, 上田周太朗, 田中桂悟, 他HSC銀河団コラボレーション
  • Organizer: 日本天文学会2021年春季年会
• [Presentation] Clusters of galaxies seen in X-rays: current status and prospects (2020)
  • Author(s): Naomi Ota
  • Organizer: NECO online workshop: Probing the Extragalactic Universe with High Energy and Very High Energy Sources
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] HSC-SSPサーベイ領域Weak Lensing銀河団のX線フォローアップ計画(6) (2020)
  • Author(s): 作田皓基, 志村拓馬, 三石郁之, 浜名崇, 宮崎聡, 大栗真宗, 太田直美, 岡部信広, 赤松弘規, 上田周太朗, 田中桂悟, 他HSC銀河団コラボレーション
  • Organizer: 日本天文学会2020年秋季年会
• [Presentation] すばる望遠鏡で見つかった青い銀河団のX線ガスの性質 (2020)
  • Author(s): 美里らな, 太田直美, 鳥羽儀樹, 児玉忠恭, 山本直明, 岡部信広, 三石郁之, 他HSC銀河団コラボレーション
  • Organizer: 日本天文学会2020年秋季年会