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Galaxy-Dark Matter Connection : from Astrophysics to Cosmology

Cacciato, Marcello

German Title: Galaxy-Dark Matter Anschluss : von Astrophysik zur Kosmologie

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Abstract

Galaxy-galaxy (g-g) lensing represents an ideal technique to constrain the dark matter distribution on galaxy scales. The required accuracy in the signal can be achieved only by stacking many foreground galaxies and averaging the ellipticity of the resulting background galaxies. Unfortunately, the stacking procedure complicates any astrophysical interpretation. In order to extract information from the composite g-g lensing signal, a reliable model of the way galaxies populate dark matter haloes is required. We use a realistic description of the halo occupation statistics based on the conditional luminosity function. It provides a statistical prescription for the number of galaxies with a given luminosity living in dark matter haloes of a given mass. Being “a priori” constrained by the luminosity dependence of the galaxy clustering, it can be used for predicting the g-g lensing signal without any additional tuning. Our model allows a thorough understanding of the different terms contributing to the signal. We carefully explore the effect of the assumptions entering the model. Our theoretical predictions are in very good agreement with SDSS data. Furthermore, we use the sensitivity of this technique to the underlying cosmological model to study the feasibility of a joint analysis of galaxy clustering and g-g lensing as a novel technique to constrain the values of cosmological parameters such as Omega_m and sigma_8 . We show that uncertainties and systematics in the model do not significantly affect the model predictions. We conclude that a combined analysis of galaxy clustering and g-g lensing can be used as a novel, complementary and competitive technique to constrain cosmological parameters.

Translation of abstract (German)

Die Beobachtung der Gravitationslinseneffekte von Galaxien auf andere Galaxien, das sogenannte “Galaxien-Galaxien-Linsensignal” (G-G-Signal), ist ein ideales Werkzeug, um die Verteilung der Dunklen Materie auf den Skalen von Galaxien zu untersuchen. Die nötige Fehlergenauigkeit bei der Messung dieses Signals kann nur dadurch erreicht werden, dass Bilder von unzähligen Vordergrundsgalaxien (“Linsen”) aufaddiert werden und dann die durchschnittliche Elliptizität der Hintergrundsgalaxien (“Objekte”) ermittelt wird. Allerdings verhindert die Mittelung über die Vordergrundsobjekte jede direkte astrophysikalische Interpretation, weswegen ein verlässliches Modell für die Verteilung von Galaxien in Dunkle-Materie-Halos verfügbar sein muss, um kosmologische Schlüsse aus dem mittleren Linsensignal zu ziehen. Hier stellen wir ein realistisches Modell für die Statistik von Halo-Besetzungszuständen vor, die auf der bedingten Leuchtkraftfunktion aufbaut. Diese gibt eine statistische Beschreibung der Anzahl von Galaxien mit einer bestimmten Leuchtkraft, die in Halos von einer bestimmten Masse zu finden ist. Da sie a priori durch die Leuchtkraftabhängigkeit der groräumigen Galaxienverteilung eingegrenzt ist, erlaubt es die bedingte Leuchtkraftfunktion, das G-G Signal ohne zusätzliche Feintarierung vorherzusagen. Unser Modell ermöglicht ein intuitives Verständnis der verschiedenen Terme, die zu diesem Signal beitragen. Die Auswirkungen der verschiedenen Annahmen, die in das Modell einflieen, werden detailiert untersucht. Unsere theoretischen Vorhersagen stimmen gut mit Beobachtungen aus der SDSS-Durchmusterungüberein. Da die Vorhersagen des Modells sich sehr stark mit unterschiedlichen Annahmen über die zugrundeliegende Kosmologie verändern, stellen wir mit der gemeinsamen Analyse von Galaxienverteilung und G-G-Signal eine neuartige Methode für die Bestimmung kosmologischer Parameter wie Omega_m und sigma_8 vor. Wir zeigen, dass Unsicherheiten und systematische Fehler im Modell seine Vorhersagen nicht signifikant beeinflussen. Daher ist unsere neuartige Methode ein geeignetes Mittel, um kosmologische Parameter komplementär zu bisherigen Verfahren zu bestimmen.

Document type: Dissertation
Supervisor: Bartelmann, Prof. Dr. Matthias
Date of thesis defense: 27 July 2009
Date Deposited: 30 Jul 2009 11:03
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
DDC-classification: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: large scale structure of the universe , gravitational lensing , cosmological parameters
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