Catalogs of optically-selected clusters and photometric luminous red galaxies from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program final year dataset

Resumen Técnico: Catálogos de Cúmulos Seleccionados Ópticamente y LRGs Fotométricos del Conjunto de Datos del Año Final de HSC-SSP

Problema y Contexto
Los cúmulos de galaxias sirven como laboratorios críticos para las teorías de la gravedad y la cosmología, ya que su abundancia y estructura interna proporcionan restricciones sobre los parámetros cosmológicos y conocimientos sobre la evolución de las galaxias. Si bien los métodos tradicionales de identificación se basan en emisiones de rayos X o en el efecto Sunyaev-Zel'dovich, la selección óptica basada en la concentración espacial de galaxias rojas ofrece una alternativa poderosa, particularmente cuando se combina con imágenes profundas de múltiples longitudes de onda. Esfuerzos anteriores utilizando el Programa Estratégico Subaru con la Cámara de Gran Angular (HSC-SSP) han establecido catálogos de cúmulos (por ejemplo, Oguri et al. 2018a), pero la encuesta ha avanzado desde entonces hacia su conjunto de datos del año final (S23B), cubriendo aproximadamente 1200 deg². Este artículo aborda la necesidad de construir y caracterizar catálogos actualizados y más grandes de cúmulos seleccionados ópticamente y galaxias rojas luminosas (LRGs) fotométricas a partir de este conjunto de datos final para permitir estudios cosmológicos y astrofísicos más precisos.

Metodología
Los autores utilizan el conjunto de datos del año final de HSC-SSP (S23B), que incluye las capas Ancha, Profunda y Ultra Profunda. La muestra parental de galaxias se selecciona de la capa Ancha (que cubre ~1220 deg² con enmascaramiento de estrellas brillantes) y de las capas Profunda+Ultra Profunda, aplicando banderas de calidad estrictas (por ejemplo, eliminando efectos de borde, interpolación y rayos cósmicos) y cortes de magnitud ($z < 24$).

1. Detección de Cúmulos (Algoritmo CAMIRA): El estudio emplea el algoritmo CAMIRA (Oguri 2014), que ajusta galaxias fotométricas a un modelo de síntesis de poblaciones estelares de Bruzual & Charlot (2003). El modelo se calibra utilizando una gran muestra de galaxias espectroscópicas compilada de diversas encuestas (por ejemplo, DESI DR1, SDSS DR15, zCOSMOS) para refinar los colores de la secuencia roja. El algoritmo construye un mapa tridimensional de riqueza sumando las probabilidades de que las galaxias sean miembros de la secuencia roja con masas estelares $M_* > \sim 10^{10.2} M_\odot$ dentro de un radio físico de $R < \sim 1 h^{-1}$ Mpc. Las Galaxias Más Brillantes del Cúmulo (BCG) se identifican cerca de los picos de riqueza, y la riqueza ($\hat{N}_{mem}$) y los corrimientos al rojo fotométricos ($z_{cl}$) se vuelven a calcular con respecto a estos centros.
2. Construcción de LRGs Fotométricas: Como subproducto del proceso de ajuste de CAMIRA, se genera un catálogo de LRGs fotométricas. Todas las galaxias fotométricas se ajustan con el mismo modelo de población estelar, y aquellas con un chi-cuadrado de mejor ajuste $\chi^2 < 10$ se seleccionan como LRGs.
3. Validación y Análisis:
   • Precisión del Corrimiento al Rojo: Los corrimientos al rojo fotométricos de cúmulos y LRGs se validan contra los corrimientos al rojo espectroscópicos de las BCG y las galaxias espectroscópicas coincidentes, respectivamente.
   • Descentramiento: Se analizan los desplazamientos posicionales entre los centros de los cúmulos CAMIRA y los centros de rayos X (del catálogo eRASS1) para cuantificar los efectos del descentramiento.
   • Relación Masa-Riqueza: Se miden señales apiladas de lente gravitacional débil ($\Delta\Sigma$) utilizando el catálogo de cizalladura de tres años de HSC-SSP. Las señales se modelan utilizando una distribución de probabilidad condicional de la riqueza dada la masa del halo, incorporando efectos de descentramiento (mediante un modelo de dos componentes) y términos de dos halos, para restringir la relación masa-riqueza.

Contribuciones y Resultados Clave

• Catálogos de Cúmulos: Los autores presentan catálogos que contienen más de 10,000 cúmulos con riqueza $\hat{N}_{mem} > 15$ en el rango de corrimiento al rojo $0.1 \le z_{cl} \le 1.38$. Aproximadamente 3,000 de estos cúmulos se encuentran en $z \ge 0.8$. El número total de galaxias miembros rojas probables supera las $6 \times 10^5$.

  • Precisión del Corrimiento al Rojo: Se demuestra que los corrimientos al rojo fotométricos de los cúmulos son precisos, con una dispersión $\sigma_z \approx 0.01$ para $z < 1$. Se observa una degradación en la precisión para $z > 1$, atribuida a la menor cantidad de calibradores espectroscópicos y a la falta de bandas en el infrarrojo cercano.
  • Descentramiento: La comparación con cúmulos de rayos X de eRASS1 revela que la fracción de cúmulos descentrados es $f_{cen} = 0.590 \pm 0.035$, consistente con hallazgos anteriores.
  • Relación Masa-Riqueza: Utilizando lente gravitacional débil apilada, el estudio actualiza las restricciones sobre la relación masa-riqueza. El análisis confirma que una riqueza de $\hat{N}_{mem} = 20$ corresponde a una masa de halo de $M_{200m} \sim 10^{14} h^{-1} M_\odot$. Los parámetros derivados son ampliamente consistentes con trabajos anteriores (Murata et al. 2019), pero en esta iteración se basan únicamente en restricciones de lente.

• Catálogos de LRGs Fotométricas: El estudio libera un catálogo de aproximadamente 6.7 millones de LRGs fotométricas de la capa Ancha (más ~120,000 de Profunda+Ultra Profunda) en el rango de corrimiento al rojo $0.05 \le z_{LRG} \le 1.25$ y rango de masa estelar $M_* \ge 10^{10.3} M_\odot$.

  • Rendimiento del Corrimiento al Rojo: Para el rango de corrimiento al rojo $0.4 < z_{LRG} < 1.0$, la dispersión del corrimiento al rojo fotométrico es $\sigma_z < 0.02$. La dispersión es ligeramente mayor que la de los corrimientos al rojo de cúmulos debido a la falta de promediado sobre múltiples galaxias miembros.
  • Completitud: La muestra es casi completa hasta $z \sim 1.1$, aunque la incompletitud surge en corrimientos al rojo más altos debido a límites de magnitud que afectan a las LRGs de baja masa.

Significado
El artículo afirma que estos catálogos representan un paso significativo hacia adelante en los estudios de cúmulos y LRGs ópticos, ofreciendo aproximadamente cinco veces más objetos que los catálogos anteriores del primer año (S16A). El alcance extendido en corrimiento al rojo (hasta $z \sim 1.38$ para cúmulos y $z \sim 1.25$ para LRGs) supera las capacidades de encuestas anteriores como DES, KiDS y DESI Legacy Imaging Surveys, sirviendo como un "punto de apoyo" para futuros catálogos de cúmulos de Euclid. Los autores enfatizan que la alta precisión de los corrimientos al rojo fotométricos y el gran tamaño de la muestra permiten estudios más precisos de la evolución de las galaxias y la cosmología, incluyendo la calibración de los corrimientos al rojo de las fuentes de lente débil y la investigación de los perfiles de densidad central de galaxias quiescentes. Los catálogos están disponibles públicamente para facilitar estas aplicaciones.