Euclid: Early Release Observations. A combined strong and weak lensing solution for Abell 2390 beyond its virial radius

Resumen Técnico: Observaciones de la Liberación Temprana de Euclid de Abell 2390

Problema y Contexto
Los cúmulos de galaxias sirven como potentes lentes gravitacionales, lo que permite medir las distribuciones de masa total desde sus núcleos densos hasta regiones mucho más allá de sus radios viriales. Mientras que el lente fuerte (SL, por sus siglas en inglés) proporciona restricciones de alta resolución sobre la masa en las regiones internas, está limitado por la degeneración de la hoja de masa y una cobertura espacial restringida. Por el contrario, el lente débil (WL) se extiende a grandes radios, pero sufre de relaciones señal-ruido más bajas y limitaciones de la visión atmosférica en observaciones basadas en tierra. El desafío radica en combinar estos conjuntos de datos para producir un modelo de masa unificado y de alta fidelidad que abarque todo el cúmulo, desde la Galaxia Central Brillante (BCG) hasta las periferias. Este artículo aborda esto presentando el primer análisis combinado de lente fuerte y débil de un cúmulo de galaxias utilizando datos de las Observaciones de Liberación Temprana (ERO) de la misión Euclid.

Metodología
El estudio se centra en el cúmulo de galaxias Abell 2390 ($z = 0.228$). El análisis integra dos conjuntos de datos distintos:

1. Datos de Lente Débil: Derivados de la imagen VIS de las ERO de Euclid, que cubren un campo de visión de $0.5 \text{ deg}^2$ con una resolución angular de $0.13''$ y un muestreo de $0.1''$ por píxel. Los autores construyeron un catálogo "limpio" de galaxias de fondo mediante el veto de galaxias de primer plano y miembros del cúmulo. Los desplazamientos al rojo fotométricos se estimaron utilizando una combinación de datos de Euclid y fotometría complementaria basada en tierra de Subaru/Suprime-Cam y CFHT. Tres algoritmos independientes de medición de forma (SE++, KSB+ y LensMC) se fusionaron para crear el catálogo de cizalladura final.
2. Datos de Lente Fuerte: El estudio utiliza restricciones espectroscópicas preexistentes de observaciones del Telescopio Espacial Hubble (HST) (Richard et al. 2008, 2021), que incluyen sistemas de imágenes múltiples con desplazamientos al rojo que van desde $z \approx 0.53$ hasta $z \approx 4.88$.

La reconstrucción de masa se realizó utilizando WSLAP+, un código de lente híbrido. Este método descompone el campo de deflexión en una superposición de funciones gaussianas 2D (un enfoque de forma libre) e incluye un componente paramétrico para las galaxias miembros prominentes. Las galaxias miembros actúan como un factor de regularización, anclando la solución y evitando estructuras espurias. El algoritmo ajusta simultáneamente las restricciones de SL (posiciones de imágenes múltiples) y las restricciones de WL (mediciones de cizalladura agrupadas) mediante la minimización de una función residual sujeta a restricciones físicas (masas positivas). La resolución de la rejilla fue adaptativa, con una mayor densidad en la región central restringida por los datos de SL.

Resultados Clave

• Perfil de Masa: El análisis combinado SL+WL logró restringir el perfil de densidad en un amplio rango radial ($30 \text{ kpc} < r < 2000 \text{ kpc}$). El perfil es bien descrito por un modelo de Navarro-Frenk-White (NFW) con un parámetro de concentración $c = 6.5$ y un radio de escala $r_s = 230 \text{ kpc}$.
• Masa y Radio Virial: La masa virial derivada es $M_{200} = (1.48 \pm 0.29) \times 10^{15} M_\odot$, y el radio virial es $r_{200} = (2.05 \pm 0.13) \text{ Mpc}$.
• Verificaciones de Consistencia:
  • El perfil de masa derivado muestra un excelente acuerdo con los resultados previos de rayos X (Allen et al. 2001) que asumieron equilibrio hidrostático, confirmando indirectamente que el cúmulo se encuentra en un estado casi relajado.
  • Los resultados son consistentes con estudios previos de lente débil basados en datos desde tierra (Subaru/CFHT) y modelos anteriores de solo lente fuerte.
  • La estimación de masa se alinea con los resultados de solo WL derivados de los mismos datos de Euclid en un artículo complementario (Schrabback et al. 2025).
• Morfología: El mapa de masa 2D revela un alargamiento en la dirección Noroeste-Sureste (NW-SE), consistente con la distribución del plasma que emite rayos X y la luz intraclúster. La ausencia de picos secundarios significativos en la distribución suave de la masa respalda la conclusión de un estado dinámico relajado.
• Incertidumbres: Los autores señalan que las incertidumbres en los radios grandes están parcialmente impulsadas por la degeneración de la hoja de masa y el área limitada de las observaciones de las ERO en relación con el campo de visión completo, así como la dependencia de datos basados en tierra para los desplazamientos al rojo fotométricos en el catálogo limpio.

Significancia y Reclamaciones
El artículo afirma que Abell 2390 representa el primer ejemplo donde los datos de Euclid se han combinado con éxito con datos complementarios de lente fuerte para restringir las masas de los cúmulos hasta y más allá del radio virial. Los autores enfatizan que la combinación única de campo de visión amplio, alta resolución angular y profundidad de Euclid permite la detección de galaxias de fondo hasta $I_E \approx 27$ mag. Esta capacidad permite la producción de modelos de masa similares de alta calidad para cientos de otros cúmulos que poseen datos de lente fuerte existentes de instalaciones como HST o JWST. El estudio demuestra que los datos de WL de Euclid pueden complementar eficazmente las restricciones de SL existentes, superando las limitaciones de la visión atmosférica en el WL basado en tierra y el pequeño campo de visión en los estudios de solo SL basados en el espacio. Los autores concluyen que, si bien los resultados actuales están limitados por la huella específica de las ERO y la falta de desplazamientos al rojo espectroscópicos de Euclid para el campo, los datos de la encuesta completa en el futuro mejorarán significativamente las estimaciones de desplazamiento al rojo fotométrico y reducirán la degeneración de la hoja de masa, refinando aún más las mediciones de masa para la población de cúmulos.