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Galaxy Cluster Detection using Optimal Matched Filtering in Optical Bands

Gelsin, Alexander

German Title: Detektion von Galaxienhaufen unter verwendung von optimal angepassten Filtern in optischen Bändern.

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Abstract

The detection of galaxy clusters needs to be reliable and transparent in order to be relevant for cosmological purposes. In this work, a detection algorithm based on the optimal matched filtering technique is introduced and tested. For each of seven combinations of optical observables a filter type is constructed. Based on these filters signal-to-noise maps are computed on a redshift-mass grid. Given some signal-to-noise thresholds the expected detection completeness rates are computed for each filter type. It is concluded that the combination of all observables performs best. The completeness prediction for this filter choice is tested against numerical simulations. Because in this simulation field and cluster galaxies are produced separately also the contamination rate below 2 per square degree could be estimated. Completeness and purity rates for the detections are measured by relating detections to simulated clusters. The measured rates give insights into complications that can be within simulations and in the choice of limits and convolution scale of the filter. Lastly, the filter is applied to the W1m0p1 field from CARS. Resulting detections are reduced to 31 by merging. 15 Detections can be related to detections from literature. It can hence be concluded that the filter may be applied to data.

Translation of abstract (German)

Um kosmologischen Ansprüchen zu genügen, müssen Detektionen von Galaxienhaufen zuverlässig und durchsichtig sein. In dieser Arbeit wird ein Detektionsverfahren vorgestellt und getestet, das auf optimal angepasster Filtertechnik basiert. Für sieben Kombinationen aus optischen Beobachtungsgrößen werden sieben Filter konstruiert. Basierend auf diesen Filtern werden auf einem Rotverschiebungs- und Massegitter erwartete Signal-zu-Rauschen Verhältnisse berechnet. Anhand von gegebenen Signal-zu- Rauschen Verhältnisgrenzen werden erwartete Vollständigkeitsraten der Detektionen für alle Filtertypen berechnet. Es wird gefolgert, dass die Kombination aus allen Beobachtungsgrößen die beste Wahl ist. Die Vorhersage der Vollständigkeitsrate für diesen Filtertyp wird anhand von synthetischen Daten getestet. Weil bei der Herstellung der synthetischen Daten Feld- und Haufengalaxien separiert produziert werden, kann auch die Verschmutzungsrate, die unter 2 pro Quadratgrad liegt, abgeschätzt werden. Indem Detektionen und Galaxienhaufen in Verbindung gebracht werden, werden die Vollständigkeitsund Reinheitsraten der Detektionen gemessen. Die gemessenen Raten liefern Einblicke in die Komplikationen, die in den synthetischen Daten und in den Begrenzungen und Faltungsskalen des gewählten Filters liegen können. Letztlich wird der Filter auf den W1m0p1 Ausschnitt von CARS angewandt. Die resultierenden Detektionen werden durch Verschmelzung zu 31 reduziert. 15 Detektionen können in Verbindung mit Detektionen in der Literatur gebracht werden. Daraus wird gefolgert, dass der Filter auf Daten angewandt werden kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bartelmann, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 10 June 2015
Date Deposited: 01 Jul 2015 10:22
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
520 Astronomy and allied sciences
530 Physics
Uncontrolled Keywords: Kosmologie, Galaxienhaufen
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