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On Strong Lensing by Galaxy Clusters

Fedeli, Cosimo

German Title: Über den starken Linseneffekt von Galaxienhaufen

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Abstract

Wir stellen eine neue, semi-analytische Methode vor, um die Effizienz des starken Linseneffekts in Galaxienhaufen zu berechnen. Sie reproduziert die Ergebnisse vollständig numerischer Simulationen, ist aber wesentlich schneller. Wir wenden sie auf eine Galaxienhaufenpopulation an und zeigen, dass Verschmelzungsprozesse die Wahrscheinlichkeit für starke Linseneffekte erheblich erhöhen. Eine Analyse des starken Linseneffekts in kosmologischen Modellen mit verschiedenen Arten dynamischer dunkler Energie zeigt, dass die Anzahl stark verzerrter Bilder beträchtlich zunimmt, wenn frühe dunkle Energie zugelassen wird. Wir untersuchen die starken Gravitationslinseneigenschaften und die Röntgenemission von Galaxienhaufen, um Auswahleffekte zu quantifizieren. Wir berechnen optische Tiefen von Galaxienhaufen als Funktion der Beobachtungszeit und untersuchen, wie sich die Konzentrationsverteilung der Dichteprofile darauf auswirkt. Wir stellen fest, dass die Profilkonzentration einen Auswahleffekt auf die Linseneffizienz und die Röntgenleuchtkraft erzeugt. Schließlich zeigen wir, dass das Arc-Statistik-Problem in einem Universum mit realistisch normierten Schwankungen der Materiedichte auch dann fortbesteht, wenn die Rotverschiebungsverteilung der Quellen und Wechselwirkungen zwischen Galaxienhaufen angemessen berücksichtigt werden. Eine abschließende Untersuchung des starken Linseneffekts in der TeVeS-Theorie bestätigt, dass zusätzliche unsichtbare Masse notwendig ist, um die beobachteten Linseneffekte im verschmelzenden Galaxienhaufen 1E0657-558 zu sehen.

Translation of abstract (English)

We present a novel, semi-analytic method for computing the strong-lensing efficiency of galaxy clusters. It nicely reproduces the results of fully numerical simulations while being substantially faster. Applying the method to a cluster population, we find that mergers considerably increase the probability for strong lensing. Analysing strong lensing in cosmological models with various forms of dynamical dark energy, we show that the number of highly distorted images is substantially larger when early-dark energy is allowed for. We jointly study strong-lensing and X-ray characteristics of clusters in order to quantify selection effects. We compute cluster optical depths as a function of exposure time and study how the concentration distribution of density profiles affects their strong-lensing and X-ray properties. We reveal a bias between lensing efficiency and X-ray luminosity and the profile concentration. Finally, we show that the arc-statistics problem persists in a universe with realistically normalised matter-density fluctuations even if the source redshift distribution and cluster interactions are appropriately taken into account. A concluding study of strong lensing in the TeVeS theory confirms that additional unseen mass is needed to explain observed lensing effects in the merging cluster 1E0657-558.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bartelmann, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 6. February 2008
Date Deposited: 08. Feb 2008 09:41
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > Institute of Theoretical Astrophysics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Kosmologie, Galaxienhaufen, Gravitationslinse
Uncontrolled Keywords: Cosmology , Galaxy clusters , Gravitational lensing
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