Deutsche Übersetzung des Titels: Kombinierte Rekonstruktion der Massenverteilungen von Galaxienhaufen mittels Gravitationslinseneffekt und thermischem Gas

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Abstract

We focus on the reconstruction of mass distributions of the massive galaxy clusters, which are the largest gravitationally bound objects in the Universe. An approach to determine the masses of clusters is based on the effects of gravitational lensing. Estimating errors induced by this method is crucial but computationally expensive. We present a novel approach to estimate analytically the errors made by reconstructions which use weak-lensing information.

As galaxy clusters host a large amount of intracluster medium they provide a multitude of observables. We present a new method to infer the lensing potential from two of these: signals of the thermal Sunyaev-Zel’dovich effect and the emission of X-rays due to thermal bremsstrahlung. By assuming that the gas is in hydrostatic equilibrium and follows a polytropic equation of state, we link these observables to the gravitational potential, which is then projected along the line-of-sight to infer the lensing potential. For this we deproject the observables by means of the Richardson-Lucy algorithm. We test our method on clusters with analytic profiles, a numerical simulation and on the galaxy cluster RXJ1347.

Our efforts are the first steps towards a non-parametric algorithm for a joint cluster reconstruction. By taking all possible cluster observables into account, mass distributions of clusters will be determined more accurately.

Übersetzung des Abstracts (Deutsch)

Massereiche Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Objekte im Universum. Ihre Masse kann mittels des Gravitationslinseneffekts bestimmt werden. Um verlässliche Aussagen treffen zu können, ist es besonders wichtig, die dabei auftretenden Unsicherheiten zu quantifizieren, dies ist aber numerisch sehr aufwendig. Wir erarbeiten eine neue Methode, diese Unsicherheiten analytisch zu bestimmen, wobei wir uns auf Massenrekonstruktionen beschränken, die auf dem schwachen Linseneffekt beruhen.

Galaxienhaufen enthalten eine große Menge an intergalaktischer Materie, was zu einer Vielzahl von weiteren Beobachtungsgrößen führt. Die von uns entwickelte Methode kann aus zweien dieser Observablen das Linsenpotential des Haufens bestimmen: Hierzu nutzen wir Signale des thermischen Sunyaev-Zel’dovich-Effekts und die Emission von Röntgenstrahlung in Folge von thermischer Bremsstrahlung. Unter der Annahme, dass sich das Gas im hydrostatischem Gleichgewicht befindet und einer polytropischen Zustandsgleichung folgt, verknüpfen wir diese Observablen mit dem Gravitationspotential. Hierbei ist eine Deprojektion vonnöten, welche wir mittels der Richardson-Lucy-Methode durchführen. Das gesuchte Linsenpotential ergibt sich dann durch eine Projektion des Gravitationspotentials entlang der Sichtlinie. Den Erfolg unserer Methode testen wir an Galaxienhaufen mit vorgegebenem Dichteprofil, einer numerischen N-Teilchen-Simulation und dem Galaxienhaufen RXJ1347.

Unsere Bemühungen sind als die ersten Schritte in Richtung eines nicht-parametrischen Algorithmus zu verstehen, bei welchem wir alle zur Verfügung stehenden Observablen für eine gemeinsame Rekonstruktion der Massenverteilung nutzen wollen. Durch das Einbeziehen mehrerer unterschiedlicher Beobachtungsgrößen, vereint in einem gemeinsam rekonstruierten Linsenpotential, ist es möglich, die Massen von Galaxienhaufen sowie deren interne Struktur deutlich präziser zu bestimmen.