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 2023)
• 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につなげることを目指している。今年度は、eROSITAのeFEDSサーベイ領域にある約千個の銀河団を対象として、Ｘ線データ解析を行った。サンプルの大多数を占める小規模天体は暗いため、似たような距離や銀河数をもつ天体毎にグループ分けし、スタッキング解析を実行して平均X線光度を求めた。ここでは、従来の単純な方法と異なり、個々の天体の距離やガス温度の違いを取り込むための手法を検討した。一般に、小規模天体は銀河数が少なく、ガス温度も低い傾向がある。またＸ線放射率はガス温度によって変わり、温度の低い天体ではその依存性が無視できなくなる。そのため、銀河数を指標として天体の規模も考慮して放射率を見積もることで、光度推定の精度改善を図った。このような検討から、精度良く銀河団の平均光度を求め、この測定値をすばる望遠鏡による重力レンズ効果の観測と組み合わせて、質量光度関係やリッチネス光度関係といったスケーリング則を導出した。この研究成果をもとに投稿論文を準備中である。

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約千個の銀河団について、Ｘ線スタッキング解析の手法を検討して精度良く光度を導出し、可視光データと組み合わせて銀河団スケーリング則の解析を終えることができたため。

Strategy for Future Research Activity

まず、eFEDSサーベイ領域の約千個の銀河団のＸ線スタッキング解析結果を投稿論文にまとめて発表する。次に、同サンプルについて主成分解析を行い、銀河団質量スケール則の赤方偏移進化の有無や分散の起源を特定する。過去の観測や理論計算と比較し、考察を進める。また、これまでの研究期間を通じて得た結果の総まとめを行う。

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/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 view of the Abell 3391/95 field (2024)
  • Author(s): Veronica Angie、Reiprich Thomas H.、Pacaud Florian、Ota Naomi、Aschersleben Jann、Biffi Veronica、Bulbul Esra、Clerc Nicolas、Dolag Klaus、Erben Thomas、Gatuzz Efrain、Ghirardini Vittorio、Kerp J?rgen、Klein Matthias、Liu Ang、Liu Teng、Migkas Konstantinos、Ramos-Ceja Miriam E.、Sanders Jeremy、Spinelli Claudia
  • Journal Title: Astronomy & Astrophysics Volume: 681 Pages: A108-A108
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202347037
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The SRG/eROSITA all-sky survey (2024)
  • Author(s): Merloni A. et al., (145 authors; K. Tsuge 134th)
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 682 Pages: A34-A34
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202347165
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AGN number fraction in galaxy groups and clusters at z > 1.4 from the Subaru Hyper Suprime-Cam survey (2023)
  • Author(s): Hashiguchi Aoi、Toba Yoshiki、Ota Naomi、Oguri Masamune、Okabe Nobuhiro、Ueda Yoshihiro、Imanishi Masatoshi、Yamada Satoshi、Goto Tomotsugu、Koyama Shuhei、Lee Kianhong、Mitsuishi Ikuyuki、Nagao Tohru、Nishizawa Atsushi J、Noboriguchi Akatoki、Oogi Taira、Sakuta Koki、Schramm Malte、et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 75 Issue: 6 Pages: 1246-1261
  • DOI: 10.1093/pasj/psad066
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Galaxy cluster cosmology and astrophysics with XRISM (2023)
  • Author(s): Miller, Eric, Ota, Naomi, Xrism Science Team
  • Organizer: AAS High Energy Astrophysics Division meeting #20
  • 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