Weak lensing by galaxy clusters

Der Ursprung und die Entwicklung unseres Universums zeigt sich gleichermaßen in der Raumzeit selbst wie in den Strukturen, die in ihr entstehen. Galaxienhaufen sind das Ergebnis hierarchischer Strukturbildung. Sie sind die massivsten Objekte, die sich im heutigen Universum bilden konnten. Aufgrund dieser Eigenschaft ist ihre Anzahl und Struktur hochgradig abhängig von der Zusammensetzung und Evolution des Universums. Die Messung der Anzahldichte von Galaxienhaufen beruht auf Katalogen, die nach einer beobachtbaren Größe ausgewählt werden. Die Anwendung einer Massen-Observablen-Relation (MOR) erlaubt es, die beobachtete Anzahl als Funktion der Observablen und der Rotverschiebung mit Vorhersagen zu vergleichen und so kosmologische Parameter zu bestimmen. Man kann jedoch zu Recht behaupten, dass diese Messungen noch nicht präzise im Prozentbereich sind. Hauptgrund hierfür ist das unvollständige Verständnis der MOR. Ihre Normalisierung, die Skalierung der Observablen mit Masse und Rotverschiebung und die Größe und Korrelation von intrinsischen Streuungen muss bekannt sein, um Anzahldichten korrekt interpretieren zu können. Die Massenbestimmung von Galaxienhaufen durch die differenzielle Lichtablenkung in ihrem Gravitationsfeld, i.e. durch den so genannten schwachen Gravitationslinseneffekt (weak lensing), kann erheblich hierzu beitragen. In dieser Arbeit werden neue Methoden und Ergebnisse solcher Untersuchungen vorgestellt. Zu ersteren gehören, als Teil der Datenaufbereitung, (i) die Korrektur von CCD-Bildern für nichtlineare Effekte durch die elektrischen Felder der angesammelten Ladungen (Kapitel 2) und (ii) eine Methode zur Maskierung von Artefakten in überlappenden Aufnahmen eines Himmelsbereichs durch Vergleich mit dem Median-Bild (Kapitel 3). Schließlich ist (iii) eine Methode zur Selektion von Hintergrundgalaxien, basierend auf deren Farbe und scheinbarer Magnitude, die eine neue Korrektur für die Kontamination durch Mitglieder des Galaxienhaufens einschließt, im Abschnitt 5.3.1 beschrieben. Die wissenschaftlichen Hauptergebnisse sind die folgenden. (i) Für den Hubble Frontier Field-Haufen RXC J2248.7-4431 bestimmen wir Masse und Konzentration mittels weak lensing und bestätigen die durch Röntgen- und Sunyaev-Zel'dovich-Beobachtungen (SZ) vorhergesagte große Masse. Die Untersuchung von Haufengalaxien zeigt die Abhängigkeit von Morphologie und Leuchtkraft sowie Umgebung (Kapitel 4). (ii) Unsere Massenbestimmung für 12 Galaxienhaufen ist konsistent mit Röntgenmassen, die unter Annahme hydrostatischen Gleichgewichts des heißen Gases gemacht wurden. Wir bestätigen die MOR, die für die Signifikanz der Detektion mit dem South Pole Telescope bestimmt wurde. Wir finden jedoch Diskrepanzen zur Planck-SZ MOR. Unsere Vermutung ist, dass diese mit einer flacheren Steigung der MOR oder einem größen-, rotverschiebungs- oder rauschabhängigen Problem in der Signalextraktion zusammenhängt (Kapitel 5). (iii) Schließlich zeigen wir, durch die Verbindung von Simulationen und theoretischer Modellierung, dass die Variation von Dichteprofilen bei fester Masse signifikant zur Ungenauigkeit von Massenbestimmungen von Galaxienhaufen mittels weak lensing beiträgt. Ein Modell für diese Variationen, wie das hier entwickelte, ist daher wichtig für die genaue Bestimmung der MOR, wie sie für kommende Untersuchungen nötig sein wird (Kapitel 6).

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