Cosmology and galaxy cluster physics with the second Planck galaxy cluster catalogue.

Abstract

El segundo catálogo Planck de fuentes Sunyaev-Zeldovich (SZ), PSZ2 en lo sucesivo, representa la mayor muestra de cumulos de galaxias seleccionados por su señal SZ cubriendo todo el cielo. En el momento de su publicación, el 21% de estos objetos no tenía una contrapartida conocida en otras longitudes de onda. Usando telescopios de los Observatiorios de las Islas Canarias, hemos ejecutado el programa observacional a largo plazo 128-MULTIPLE-16/15B (LP15 en lo sucesivo), una campaña de seguimiento completa de las fuentes no identificadas del catálogo PSZ2 en el hemisferio norte, con declinaciones superiores a -15 grados y sin correspondencia en el primer catálogo Planck PSZ1. El objetivo principal del programa LP15 es validar los candidatos SZ y contribuir a la caracterización de la pureza y completitud de la muestra PSZ2 de Planck. En este trabajo de tesis, se describe el programa observacional y se presentan los resultados de los dos años de observaciones.

Para el LP15, fueron concedidas 44 noches de observación, distribuidas en tres telescopios del observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. La muestra LP15 completa consta de 190 fuentes SZ previamente no identificadas. Para cada objetivo, realizamos imagen óptica profunda y espectroscopía multi-objeto. Nuestro procedimiento de validación combina la información óptica con la señal SZ disponible públicamente en los mapas de Comptonización de Planck. La clasificación final de los nuevos cúmulos de galaxias encontrados asociados a la señal SZ se realiza en base a una serie de criterios cuantitativos como son el desplazamiento al rojo, la velocidad de dispersión y la riqueza de los cúmulos.

En este trabajo de tesis se presenta el estudio detallado de 184 objetos de la muestra LP15 correspondiente a las observaciones realizadas durante el programa completo. Una vez finalizado el programa, hemos confirmado 81 nuevas contrapartidas ópticas de fuentes SZ del catálogo PSZ2, siendo 49 de ellas validadas usando la velocidad de dispersión como criterio. Esta es la mayor muestra de fuentes SZ confirmadas hasta la fecha del catálogo PSZ2 sin ninguna información óptica previa. Todos los cúmulos confirmados son estructuras ricas (o lo que es lo mismo, presentan una elevada velocidad de dispersión) y están correctamente alineadas con la señal SZ nominal (aproximadamente el 70% yacen a menos de 3 minutos de arco de distancia). En total, 103 fuentes SZ son clasificadas como no detectadas, siendo 89 de ellas por la ausencia de una sobredensidad óptica de galaxias y 14 de ellas por una asociación débil con la señal SZ. Tras el programa LP15, la pureza del PSZ2 ha aumentado desde el 76.7% hasta el 86.2%, confirmando las predicciones teóricas del 88% realizadas por la Colaboración Planck. Además, hemos estudiado las posibles causas de las detecciones falsas y hemos reportado una correlación clara entre en número de fuentes no validadas y la emisión térmica del polvo galáctico.

Por otra parte, se han estudiado 42 objetos del PSZ2 fuera de la muestra LP15 que ya habían sido validados usando WISE o eran una contrapartida del PSZ1 pero que no tenían asociado desplazamiento al rojo alguno en el catálogo.

En esta tesis también presento los resultados espectrocópicos del programa completo. Complemento estos resultados con datos espectroscópicos obtenidos de los archivos públicos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y de observaciones previas del programa ITP13-08. Se presenta un catálogo de 388 cúmulos y grupos de galaxias incluyendo estimaciones de sus velocidades de dispersión y masas dinámicas. La gran mayoría de ellos (356) son contrapartidas ópticas de fuentes del PSZ2.

Una submuestra de 297 cúmulos se usa para construir la relación de escala entre las masas SZ y dinámicas, basada en las estimaciones de la masa SZ de Planck y de nuestras masas dinámicas. Se discute y se corrige por varios sesgos físicos y estadísticos como el Eddington bias al estimar las masas SZ o la apertura y el número de galaxias usado para calcular la masa dinámica. El cociente entre la masa SZ y la dinámica para la muestra de 297 cúmulos es (1-b) = 0.80 con errores 0.04 (est) y 0.05 (sis), con una evidencia marginal de una posible dependencia con la masa. Este valor es consistente con la mayoría de resultados de la literatura pero presenta un error significativamente más pequeño debido al uso de una muestra tan amplia en tamaño para este tipo de estudios. Este resultado confirma la aparente tensión en el plano definido por los parámetros cosmológicos Ω_m y σ_8 y la entre los resultados de conteo de cúmulos de galaxias y los de CMB primordial.