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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2024.tde-26032024-191951
Document
Author
Full name
Isabel Bonomo Pederneiras Barbosa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2024
Supervisor
Committee
Cypriano, Eduardo Serra (President)
Dupke, Renato de Alencar
Lima Neto, Gastao Cesar Bierrenbach
Lopes, Paulo Afranio Augusto
Title in English
The evolution of the mass - X-ray luminosity relation in the CODEX galaxy cluster sample
Keywords in English
Bayesian statistics
Galaxy cluster
X-ray
Abstract in English
Precise measurements of X-ray scaling relations in galaxy clusters are imperative to probe cosmology and to study baryonic processes in the intercluster medium. The functional form of the correlation between X-ray luminosity and the total mass of galaxy clusters is well established in the purely gravitational self-similar model (Kaiser 1986). However, deviations from this model become apparent when non-gravitational processes, such as radiative cooling and AGN feedback, exert influence, potentially leading to a temporal evolution of the M-Lx relation. Up until this work, precise calibration of the M-Lx relation and its evolution, employing weak lensing mass estimates and a consistent statistical methodology, was still lacking. Our calibration utilizes the COnstrain Dark Energy with X-ray clusters (CODEX) catalog, which was thoroughly constructed by adopting an X-ray and optical selection of clusters in the superposition area of Rosat All Sky Survey (RASS) and Sloan Digital Sky Survey (SDSS). We analyze 101 CODEX galaxy clusters for which we have weak lensing mass estimates. This method is a distinction of the project since it is sensitive to the entire matter of the cluster, with no assumptions needed for the system dynamics. By introducing a Bayesian hierarchical model for scaling relation analysis, we account for heteroscedastic measurement errors, intrinsic scatter, optical and X-ray selection functions, and the subsample's construction criteria. The CODEX weak-lensing sample is well fit by a power law in log space with a slope of 0.3 ± 0.05, which is significantly shallower than the self-similar prediction. We also report an evolution parameter of 1.54 ± 0.55, which is statistically significant to infer a positive evolution of the scaling relation. As we investigate these intriguing findings, we point out our distinctive statistical approach and our analysis focused on a high-mass cluster sample as potential factors. We also conjecture the effects of AGN feedback and a possible evolution bias due to a redshift dependence of the Lx distribution. We also note that, when compared with previous studies, our work was the first to further constrain the evolution parameter to errors below the measured value.
Title in Portuguese
A evolução da relação massa - luminosidade em raios-X na amostra de aglomerados de galáxias CODEX
Keywords in Portuguese
Aglomerados de Galáxias
Estatística Bayesiana
Raios-X
Abstract in Portuguese
Medições precisas das relações de escala de raios-X em aglomerados de galáxias são fundamentais para investigar a cosmologia e estudar processos barionicos no meio intra-aglomerado. A correlação entre a luminosidade de raios-X e a massa total dos aglomerados, conforme estabelecida no modelo auto-similar puramente gravitacional (Kaiser 1986), fornece um padrão de referência. Contudo, desvios desse modelo tornam-se evidentes quando processos não gravitacionais, como resfriamento radiativo e feedback por AGNs, exercem influência, podendo resultar em uma evolução temporal da relação M-Lx. Até o desenvolvimento deste trabalho, a calibração precisa da relação M-Lx e sua evolução, utilizando estimativas de massa por lentes gravitacionais e uma metodologia estatística consistente, estava ausente na literatura. Nossa abordagem utiliza o catálogo COnstrain Dark Energy with X-ray clusters (CODEX), construído meticulosamente através de seleções no óptico e em raios-X de aglomerados na área de sobreposição do Rosat All Sky Survey (RASS) e do Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Analisamos 101 aglomerados de galáxias do CODEX para os quais temos estimativas de massa por lentes gravitacionais. Este método se destaca no projeto por ser sensível a toda a matéria do aglomerado, sem a necessidade de suposições sobre a dinâmica do sistema. Introduzindo um modelo bayesiano hierárquico para a análise da relação de escala, consideramos erros de medição heteroscedásticos, dispersão intrínseca, funções de seleção no óptica e em raios-X, e os critérios de construção da subamostra. Nossa amostra de aglomerados CODEX se ajusta bem a uma lei de potência no espaço logarítmico, com uma inclinação de 0,3 ± 0,05, valor significativamente menor do que a previsão auto-similar. Também relatamos um parâmetro de evolução de 1,54 ± 0,55, um valor estatisticamente significativo para inferir uma certa evolução positiva da relação de escala. Ao investigarmos esses resultados intrigantes, destacamos nossa abordagem estatística distinta e nossa análise centrada em uma amostra de aglomerados de alta massa como possíveis fatores. Também conjecturamos sobre os efeitos de feedback por AGNs e um possível viés de evolução devido a uma dependência com o redshift da distribuição de Lx. Observamos ainda que, em comparação com estudos anteriores, nosso trabalho foi o primeiro a refinar ainda mais o parâmetro de evolução para erros abaixo do valor medido.
 
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Publishing Date
2024-04-01
 
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