Skip to main content
SpringerLink
Log in

Internal Cluster Structure

  • Published:
Space Science Reviews Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The core structure of galaxy clusters is fundamentally important. Even though self-gravitating systems have no stable equilibrium state due to their negative heat capacity, numerical simulations find density profiles which are universal in the sense that they are fairly flat within a scale radius and gradually steepen farther outward, asymptotically approaching a logarithmic slope of ≈−3 near the virial radius. We argue that the reason for the formation of this profile is not satisfactorily understood. The ratio between the virial radius and the scale radius, the so-called concentration, is found in simulations to be closely related to the mass and the redshift and low for cluster-sized haloes, but observed to be substantially higher at least in a subset of observed clusters. Haloes formed from cold dark matter should furthermore be richly substructured. We review theoretical and observational aspects of cluster cores here, discuss modifications by baryonic physics and observables that can provide better insight into the internal structure of clusters.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7

Similar content being viewed by others

References

  • A. Abramowski, F. Acero, F. Aharonian, A.G. Akhperjanian, G. Anton, A. Balzer, A. Barnacka, U. Barres de Almeida, Y. Becherini, J. Becker, B. Behera, K. Bernlöhr, E. Birsin, J. Biteau, A. Bochow, C. Boisson, J. Bolmont, P. Bordas, J. Brucker, F. Brun, P. Brun, T. Bulik, I. Büsching, S. Carrigan, S. Casanova, M. Cerruti, P.M. Chadwick, A. Charbonnier, R.C.G. Chaves, A. Cheesebrough, A.C. Clapson, G. Coignet, G. Cologna, J. Conrad, M. Dalton, M.K. Daniel, I.D. Davids, B. Degrange, C. Deil, H.J. Dickinson, A. Djannati-Ataï, W. Domainko, L.O. Drury, G. Dubus, K. Dutson, J. Dyks, M. Dyrda, K. Egberts, P. Eger, P. Espigat, L. Fallon, C. Farnier, S. Fegan, F. Feinstein, M.V. Fernandes, A. Fiasson, G. Fontaine, A. Förster, M. Füßling, Y.A. Gallant, H. Gast, L. Gérard, D. Gerbig, B. Giebels, J.F. Glicenstein, B. Glück, P. Goret, D. Göring, S. Häffner, J.D. Hague, D. Hampf, M. Hauser, S. Heinz, G. Heinzelmann, G. Henri, G. Hermann, J.A. Hinton, A. Hoffmann, W. Hofmann, P. Hofverberg, M. Holler, D. Horns, A. Jacholkowska, O.C. de Jager, C. Jahn, M. Jamrozy, I. Jung, M.A. Kastendieck, K. Katarzyński, U. Katz, S. Kaufmann, D. Keogh, D. Khangulyan, B. Khélifi, D. Klochkov, W. Kluźniak, T. Kneiske, N. Komin, K. Kosack, R. Kossakowski, H. Laffon, G. Lamanna, D. Lennarz, T. Lohse, A. Lopatin, C.-C. Lu, V. Marandon, A. Marcowith, J. Masbou, D. Maurin, N. Maxted, M. Mayer, T.J.L. McComb, M.C. Medina, J. Méhault, R. Moderski, E. Moulin, C.L. Naumann, M. Naumann-Godo, M. de Naurois, D. Nedbal, D. Nekrassov, N. Nguyen, B. Nicholas, J. Niemiec, S.J. Nolan, S. Ohm, E. de Oña Wilhelmi, B. Opitz, M. Ostrowski, I. Oya, M. Panter, M. Paz Arribas, G. Pedaletti, G. Pelletier, P.-O. Petrucci, S. Pita, G. Pühlhofer, M. Punch, A. Quirrenbach, M. Raue, S.M. Rayner, A. Reimer, O. Reimer, M. Renaud, R. de los Reyes, F. Rieger, J. Ripken, L. Rob, S. Rosier-Lees, G. Rowell, B. Rudak, C.B. Rulten, J. Ruppel, V. Sahakian, D.A. Sanchez, A. Santangelo, R. Schlickeiser, F.M. Schöck, A. Schulz, U. Schwanke, S. Schwarzburg, S. Schwemmer, F. Sheidaei, J.L. Skilton, H. Sol, G. Spengler, Ł. Stawarz, R. Steenkamp, C. Stegmann, F. Stinzing, K. Stycz, I. Sushch, A. Szostek, J.-P. Tavernet, R. Terrier, M. Tluczykont, K. Valerius, C. van Eldik, G. Vasileiadis, C. Venter, J.P. Vialle, A. Viana, P. Vincent, H.J. Völk, F. Volpe, S. Vorobiov, M. Vorster, S.J. Wagner, M. Ward, R. White, A. Wierzcholska, M. Zacharias, A. Zajczyk, A.A. Zdziarski, A. Zech, H.-S. Zechlin (H.E.S.S. Collaboration), Search for dark matter annihilation signals from the fornax galaxy cluster with h.e.s.s. Astrophys. J. 750, 123 (2012). doi:10.1088/0004-637X/750/2/123

    ADS  Google Scholar 

  • S.W. Allen, The properties of cooling flows in X-ray luminous clusters of galaxies. Mon. Not. R. Astron. Soc. 315, 269–295 (2000). doi:10.1046/j.1365-8711.2000.03395.x

    ADS  Google Scholar 

  • S.W. Allen, S. Ettori, A.C. Fabian, Chandra measurements of the distribution of mass in the luminous lensing cluster Abell 2390. Mon. Not. R. Astron. Soc. 324, 877–890 (2001). doi:10.1046/j.1365-8711.2001.04318.x

    ADS  Google Scholar 

  • S.W. Allen, R.J.H. Dunn, A.C. Fabian, G.B. Taylor, C.S. Reynolds, The relation between accretion rate and jet power in X-ray luminous elliptical galaxies. Mon. Not. R. Astron. Soc. 372, 21–30 (2006). doi:10.1111/j.1365-2966.2006.10778.x

    ADS  Google Scholar 

  • S. Ando, D. Nagai, Fermi-lat constraints on dark matter annihilation cross section from observations of the fornax cluster. J. Cosmol. Astropart. Phys. 7, 17 (2012). doi:10.1088/1475-7516/2012/07/017

    ADS  Google Scholar 

  • J.S. Arabadjis, M.W. Bautz, G.P. Garmire, Chandra observations of the lensing cluster emss 1358+6245: implications for self-interacting dark matter. Astrophys. J. 572, 66–78 (2002)

    ADS  Google Scholar 

  • Y. Ascasibar, Y. Hoffman, S. Gottlöber, Secondary infall and dark matter haloes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 376, 393–404 (2007). doi:10.1111/j.1365-2966.2007.11439.x

    ADS  Google Scholar 

  • C.G. Austin, L.L.R. Williams, E.I. Barnes, A. Babul, J.J. Dalcanton, Semianalytical dark matter halos and the jeans equation. Astrophys. J. 634, 756–774 (2005). doi:10.1086/497133

    ADS  Google Scholar 

  • D.J. Bacon, D.M. Goldberg, B.T.P. Rowe, A.N. Taylor, Weak gravitational flexion. Mon. Not. R. Astron. Soc. 365, 414–428 (2006). doi:10.1111/j.1365-2966.2005.09624.x

    ADS  Google Scholar 

  • Y.M. Bahé, I.G. McCarthy, L.J. King, Mock weak lensing analysis of simulated galaxy clusters: bias and scatter in mass and concentration. Mon. Not. R. Astron. Soc. 421, 1073–1088 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.20364.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Bartelmann, Topical review gravitational lensing. Class. Quantum Gravity 27(23), 233001 (2010). doi:10.1088/0264-9381/27/23/233001

    MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  • M. Bartelmann, P. Schneider, Weak gravitational lensing. Phys. Rep. 340, 291–472 (2001)

    ADS  MATH  Google Scholar 

  • M. Bartelmann, R. Narayan, S. Seitz, P. Schneider, Maximum-likelihood cluster reconstruction. Astrophys. J. Lett. 464, 115 (1996)

    ADS  Google Scholar 

  • E.L. Blanton, S.W. Randall, T.E. Clarke, C.L. Sarazin, B.R. McNamara, E.M. Douglass, M. McDonald, A very deep Chandra observation of a2052: bubbles, shocks, and sloshing. Astrophys. J. 737, 99 (2011). doi:10.1088/0004-637X/737/2/99

    ADS  Google Scholar 

  • M. Boylan-Kolchin, V. Springel, S.D.M. White, A. Jenkins, G. Lemson, Resolving cosmic structure formation with the millennium—ii. simulation. Mon. Not. R. Astron. Soc. 398, 1150–1164 (2009). doi:10.1111/j.1365-2966.2009.15191.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Bradač, T. Erben, P. Schneider, H. Hildebrandt, M. Lombardi, M. Schirmer, J. Miralles, D. Clowe, S. Schindler, Strong and weak lensing united. Astron. Astrophys. 437, 49–60 (2005). doi:10.1051/0004-6361:20042234

    ADS  Google Scholar 

  • M. Bradač, D. Clowe, A.H. Gonzalez, P. Marshall, W. Forman, C. Jones, M. Markevitch, S. Randall, T. Schrabback, D. Zaritsky, Strong and weak lensing united. iii. measuring the mass distribution of the merging galaxy cluster 1es 0657-558. Astrophys. J. 652, 937–947 (2006). doi:10.1086/508601

    ADS  Google Scholar 

  • T. Broadhurst, N. Benítez, D. Coe, K. Sharon, K. Zekser, R. White, H. Ford, R. Bouwens, J. Blakeslee, M. Clampin, N. Cross, M. Franx, B. Frye, G. Hartig, G. Illingworth, L. Infante, F. Menanteau, G. Meurer, M. Postman, D.R. Ardila, F. Bartko, R.A. Brown, C.J. Burrows, E.S. Cheng, P.D. Feldman, D.A. Golimowski, T. Goto, C. Gronwall, D. Herranz, B. Holden, N. Homeier, J.E. Krist, M.P. Lesser, A.R. Martel, G.K. Miley, P. Rosati, M. Sirianni, W.B. Sparks, S. Steindling, H.D. Tran, Z.I. Tsvetanov, W. Zheng, Strong-lensing analysis of a1689 from deep advanced camera images. Astrophys. J. 621, 53–88 (2005). doi:10.1086/426494

    ADS  Google Scholar 

  • T. Broadhurst, K. Umetsu, E. Medezinski, M. Oguri, Y. Rephaeli, Comparison of cluster lensing profiles with ΛCDM predictions. Astrophys. J. Lett. 685, 9–12 (2008). doi:10.1086/592400

    ADS  Google Scholar 

  • J.S. Bullock, T.S. Kolatt, Y. Sigad, R.S. Somerville, A.V. Kravtsov, A.A. Klypin, J.R. Primack, A. Dekel, Profiles of dark haloes: evolution, scatter and environment. Mon. Not. R. Astron. Soc. 321, 559–575 (2001). doi:10.1046/j.1365-8711.2001.04068.x

    ADS  Google Scholar 

  • D.A. Buote, A.D. Lewis, The dark matter radial profile in the core of the relaxed cluster a2589. Astrophys. J. 604, 116–124 (2004). doi:10.1086/381793

    ADS  Google Scholar 

  • D.A. Buote, F. Gastaldello, P.J. Humphrey, L. Zappacosta, J.S. Bullock, F. Brighenti, W.G. Mathews, The X-ray concentration-virial mass relation. Astrophys. J. 664, 123–134 (2007). doi:10.1086/518684

    ADS  Google Scholar 

  • M. Cacciato, M. Bartelmann, M. Meneghetti, L. Moscardini, Combining weak and strong lensing in cluster potential reconstruction. Astron. Astrophys. 458, 349–356 (2006). doi:10.1051/0004-6361:20054582

    ADS  Google Scholar 

  • B. Cain, P.L. Schechter, M.W. Bautz, Measuring gravitational lensing flexion in a1689 using an analytic image model. Astrophys. J. 736, 43 (2011). doi:10.1088/0004-637X/736/1/43

    ADS  Google Scholar 

  • D. Coe, K. Umetsu, A. Zitrin, M. Donahue, E. Medezinski, M. Postman, M. Carrasco, T. Anguita, M.J. Geller, K.J. Rines, A. Diaferio, M.J. Kurtz, L. Bradley, A. Koekemoer, W. Zheng, M. Nonino, A. Molino, A. Mahdavi, D. Lemze, L. Infante, S. Ogaz, P. Melchior, O. Host, H. Ford, C. Grillo, P. Rosati, Y. Jiménez-Teja, J. Moustakas, T. Broadhurst, B. Ascaso, O. Lahav, M. Bartelmann, N. Benítez, R. Bouwens, O. Graur, G. Graves, S. Jha, S. Jouvel, D. Kelson, L. Moustakas, D. Maoz, M. Meneghetti, J. Merten, A. Riess, S. Rodney, S. Seitz, Clash: precise new constraints on the mass profile of the galaxy cluster a2261. Astrophys. J. 757, 22 (2012). doi:10.1088/0004-637X/757/1/22

    ADS  Google Scholar 

  • J.M. Comerford, P. Natarajan, The observed concentration-mass relation for galaxy clusters. Mon. Not. R. Astron. Soc. 379, 190–200 (2007). doi:10.1111/j.1365-2966.2007.11934.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Davis, P.J.E. Peebles, A survey of galaxy redshifts. v—the two-point position and velocity correlations. Astrophys. J. 267, 465–482 (1983). doi:10.1086/160884

    ADS  Google Scholar 

  • S. De Grandi, S. Molendi, Temperature profiles of nearby clusters of galaxies. Astrophys. J. 567, 163–177 (2002). doi:10.1086/338378

    ADS  Google Scholar 

  • K. Dolag, M. Bartelmann, F. Perrotta, C. Baccigalupi, L. Moscardini, M. Meneghetti, G. Tormen, Numerical study of halo concentrations in dark-energy cosmologies. Astron. Astrophys. 416, 853–864 (2004). doi:10.1051/0004-6361:20031757

    ADS  Google Scholar 

  • K. Dolag, S. Borgani, G. Murante, V. Springel, Substructures in hydrodynamical cluster simulations. Mon. Not. R. Astron. Soc. 399, 497–514 (2009). doi:10.1111/j.1365-2966.2009.15034.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.G. Doroshkevich, The space structure of perturbations and the origin of rotation of galaxies in the theory of fluctuation. Astrofizika 6, 581–600 (1970)

    MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  • A.R. Duffy, J. Schaye, S.T. Kay, C. Dalla Vecchia, Dark matter halo concentrations in the Wilkinson microwave anisotropy probe year 5 cosmology. Mon. Not. R. Astron. Soc. 390, 64–68 (2008). doi:10.1111/j.1745-3933.2008.00537.x

    ADS  Google Scholar 

  • J. Einasto, U. Haud, Galactic models with massive corona. i—method. ii—galaxy. Astron. Astrophys. 223, 89–106 (1989)

    ADS  Google Scholar 

  • V.R. Eke, J.F. Navarro, M. Steinmetz, The power spectrum dependence of dark matter halo concentrations. Astrophys. J. 554, 114–125 (2001). doi:10.1086/321345

    ADS  Google Scholar 

  • S. Ettori, A.C. Fabian, S.W. Allen, R.M. Johnstone, Deep inside the core of Abell 1795: the Chandra view. Mon. Not. R. Astron. Soc. 331, 635–648 (2002). doi:10.1046/j.1365-8711.2002.05212.x

    ADS  Google Scholar 

  • S. Ettori, F. Gastaldello, A. Leccardi, S. Molendi, M. Rossetti, D. Buote, M. Meneghetti, Mass profiles and c−m DM relation in X-ray luminous galaxy clusters. Astron. Astrophys. 524, 68 (2010). doi:10.1051/0004-6361/201015271

    ADS  Google Scholar 

  • S. Ettori, F. Gastaldello, A. Leccardi, S. Molendi, M. Rossetti, D. Buote, M. Meneghetti, Mass profiles and c−m DM relation in X-ray luminous galaxy clusters (corrigendum). Astron. Astrophys. 526, 1 (2011). doi:10.1051/0004-6361/201015271e

    Google Scholar 

  • A.C. Fabian, Cooling flows in clusters of galaxies. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 32, 277–318 (1994). doi:10.1146/annurev.aa.32.090194.001425

    MathSciNet  ADS  Google Scholar 

  • A.C. Fabian, R.F. Mushotzky, P.E.J. Nulsen, J.R. Peterson, On the soft X-ray spectrum of cooling flows. Mon. Not. R. Astron. Soc. 321, 20–24 (2001). doi:10.1046/j.1365-8711.2001.04285.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.C. Fabian, J.S. Sanders, S.W. Allen, R.E.A. Canning, E. Churazov, C.S. Crawford, W. Forman, J. Gabany, J. Hlavacek-Larrondo, R.M. Johnstone, H.R. Russell, C.S. Reynolds, P. Salomé, G.B. Taylor, A.J. Young, A wide Chandra view of the core of the Perseus cluster. Mon. Not. R. Astron. Soc. 418, 2154–2164 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19402.x

    ADS  Google Scholar 

  • L. Gao, S.D.M. White, A. Jenkins, F. Stoehr, V. Springel, The subhalo populations of ΛCDM dark haloes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 355, 819–834 (2004). doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08360.x

    ADS  Google Scholar 

  • L. Gao, J.F. Navarro, S. Cole, C.S. Frenk, S.D.M. White, V. Springel, A. Jenkins, A.F. Neto, The redshift dependence of the structure of massive Λ cold dark matter haloes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 387, 536–544 (2008). doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13277.x

    ADS  Google Scholar 

  • L. Gao, C.S. Frenk, M. Boylan-Kolchin, A. Jenkins, V. Springel, S.D.M. White, The statistics of the subhalo abundance of dark matter haloes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 410, 2309–2314 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17601.x

    ADS  Google Scholar 

  • L. Gao, C.S. Frenk, A. Jenkins, V. Springel, S.D.M. White, Where will supersymmetric dark matter first be seen? Mon. Not. R. Astron. Soc. 419, 1721–1726 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19836.x

    ADS  Google Scholar 

  • F. Gastaldello, D.A. Buote, P.J. Humphrey, L. Zappacosta, J.S. Bullock, F. Brighenti, W.G. Mathews, Probing the dark matter and gas fraction in relaxed galaxy groups with X-ray observations from Chandra and xmm-Newton. Astrophys. J. 669, 158–183 (2007). doi:10.1086/521519

    ADS  Google Scholar 

  • C. Giocoli, M. Bartelmann, R.K. Sheth, M. Cacciato, Halo model description of the non-linear dark matter power spectrum at k≫1 Mpc−1. Mon. Not. R. Astron. Soc. 408, 300–313 (2010a). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17108.x

    ADS  Google Scholar 

  • C. Giocoli, G. Tormen, R.K. Sheth, F.C. van den Bosch, The substructure hierarchy in dark matter haloes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 404, 502–517 (2010b). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.16311.x

    ADS  Google Scholar 

  • O.Y. Gnedin, A.V. Kravtsov, A.A. Klypin, D. Nagai, Response of dark matter halos to condensation of baryons: cosmological simulations and improved adiabatic contraction model. Astrophys. J. 616, 16–26 (2004). doi:10.1086/424914

    ADS  Google Scholar 

  • D.M. Goldberg, D.J. Bacon, Galaxy-galaxy flexion: weak lensing to second order. Astrophys. J. 619, 741–748 (2005). doi:10.1086/426782

    ADS  Google Scholar 

  • D.M. Goldberg, A. Leonard, Measuring flexion. Astrophys. J. 660, 1003–1015 (2007). doi:10.1086/513137

    ADS  Google Scholar 

  • A. Halkola, S. Seitz, M. Pannella, Parametric strong gravitational lensing analysis of Abell 1689. Mon. Not. R. Astron. Soc. 372, 1425–1462 (2006). doi:10.1111/j.1365-2966.2006.10948.x

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Hennawi, N. Dalal, P. Bode, J.P. Ostriker, Characterizing the cluster lens population. Astrophys. J. 654, 714–730 (2007). doi:10.1086/497362

    ADS  Google Scholar 

  • O. Host, S.H. Hansen, A detailed statistical analysis of the mass profiles of galaxy clusters. Astrophys. J. 736, 52 (2011). doi:10.1088/0004-637X/736/1/52

    ADS  Google Scholar 

  • X. Huang, G. Vertongen, C. Weniger, Probing dark matter decay and annihilation with Fermi lat observations of nearby galaxy clusters. J. Cosmol. Astropart. Phys. 1, 42 (2012). doi:10.1088/1475-7516/2012/01/042

    ADS  Google Scholar 

  • Y.P. Jing, Y. Suto, The density profiles of the dark matter halo are not universal. Astrophys. J. Lett. 529, 69–72 (2000). doi:10.1086/312463

    ADS  Google Scholar 

  • E. Komatsu, K.M. Smith, J. Dunkley, C.L. Bennett, B. Gold, G. Hinshaw, N. Jarosik, D. Larson, M.R. Nolta, L. Page, D.N. Spergel, M. Halpern, R.S. Hill, A. Kogut, M. Limon, S.S. Meyer, N. Odegard, G.S. Tucker, J.L. Weiland, E. Wollack, E.L. Wright, Seven-year Wilkinson microwave anisotropy probe (wmap) observations: cosmological interpretation. Astrophys. J. Suppl. Ser. 192, 18 (2011). doi:10.1088/0067-0049/192/2/18

    ADS  Google Scholar 

  • D. Lemze, T. Broadhurst, Y. Rephaeli, R. Barkana, K. Umetsu, Dynamical study of a1689 from wide-field vlt/vimos spectroscopy: mass profile, concentration parameter, and velocity anisotropy. Astrophys. J. 701, 1336–1346 (2009). doi:10.1088/0004-637X/701/2/1336

    ADS  Google Scholar 

  • A. Leonard, L.J. King, D.M. Goldberg, New constraints on the complex mass substructure in Abell 1689 from gravitational flexion. Mon. Not. R. Astron. Soc. 413, 789–804 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.18171.x

    ADS  Google Scholar 

  • A. Leonard, D.M. Goldberg, J.L. Haaga, R. Massey, Gravitational shear, flexion, and strong lensing in Abell 1689. Astrophys. J. 666, 51–63 (2007). doi:10.1086/520109

    ADS  Google Scholar 

  • M. Lerchster, S. Seitz, F. Brimioulle, R. Fassbender, M. Rovilos, H. Böhringer, D. Pierini, M. Kilbinger, A. Finoguenov, H. Quintana, R. Bender, The massive galaxy cluster xmmu j1230.3+1339 at z∼1: colour-magnitude relation, butcher-oemler effect, X-ray and weak lensing mass estimates. Mon. Not. R. Astron. Soc. 411, 2667–2694 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17874.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.D. Lewis, D.A. Buote, J.T. Stocke, Chandra observations of a2029: the dark matter profile down to below 0.01rvir in an unusually relaxed cluster. Astrophys. J. 586, 135–142 (2003). doi:10.1086/367556

    ADS  Google Scholar 

  • M. Limousin, J. Richard, J. Kneib, H. Brink, R. Pelló, E. Jullo, H. Tu, J. Sommer-Larsen, E. Egami, M.J. Michałowski, R. Cabanac, D.P. Stark, Strong lensing in Abell 1703: constraints on the slope of the inner dark matter distribution. Astron. Astrophys. 489, 23–35 (2008). doi:10.1051/0004-6361:200809646

    ADS  Google Scholar 

  • A.V. Macciò, A.A. Dutton, F.C. van den Bosch, Concentration, spin and shape of dark matter haloes as a function of the cosmological model: wmap1, wmap3 and wmap5 results. Mon. Not. R. Astron. Soc. 391, 1940–1954 (2008). doi:10.1111/j.1365-2966.2008.14029.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.V. Macciò, A.A. Dutton, F.C. van den Bosch, B. Moore, D. Potter, J. Stadel, Concentration, spin and shape of dark matter haloes: scatter and the dependence on mass and environment. Mon. Not. R. Astron. Soc. 378, 55–71 (2007). doi:10.1111/j.1365-2966.2007.11720.x

    ADS  Google Scholar 

  • R. Mandelbaum, U. Seljak, C.M. Hirata, A halo mass-concentration relation from weak lensing. J. Cosmol. Astropart. Phys. 8, 6 (2008). doi:10.1088/1475-7516/2008/08/006

    ADS  Google Scholar 

  • J.M.G. Mead, L.J. King, D. Sijacki, A. Leonard, E. Puchwein, I.G. McCarthy, The impact of agn feedback and baryonic cooling on galaxy clusters as gravitational lenses. Mon. Not. R. Astron. Soc. 406, 434–444 (2010). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.16674.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Meneghetti, C. Fedeli, F. Pace, S. Gottlöber, G. Yepes, Strong lensing in the marenostrum universe. i. biases in the cluster lens population. Astron. Astrophys. 519, 90 (2010a). doi:10.1051/0004-6361/201014098

    ADS  Google Scholar 

  • M. Meneghetti, E. Rasia, J. Merten, F. Bellagamba, S. Ettori, P. Mazzotta, K. Dolag, S. Marri, Weighing simulated galaxy clusters using lensing and X-ray. Astron. Astrophys. 514, 93 (2010b). doi:10.1051/0004-6361/200913222

    ADS  Google Scholar 

  • D. Merritt, A.W. Graham, B. Moore, J. Diemand, B. Terzić, Empirical models for dark matter halos. i. nonparametric construction of density profiles and comparison with parametric models. Astron. J. 132, 2685–2700 (2006). doi:10.1086/508988

    ADS  Google Scholar 

  • J. Merten, M. Cacciato, M. Meneghetti, C. Mignone, M. Bartelmann, Combining weak and strong cluster lensing: applications to simulations and ms 2137. Astron. Astrophys. 500, 681–691 (2009). doi:10.1051/0004-6361/200810372

    ADS  Google Scholar 

  • J. Merten, D. Coe, R. Dupke, R. Massey, A. Zitrin, E.S. Cypriano, N. Okabe, B. Frye, F.G. Braglia, Y. Jiménez-Teja, N. Benítez, T. Broadhurst, J. Rhodes, M. Meneghetti, L.A. Moustakas, L. Sodré Jr., J. Krick, J.N. Bregman, Creation of cosmic structure in the complex galaxy cluster merger Abell 2744. Mon. Not. R. Astron. Soc. 417, 333–347 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19266.x

    ADS  Google Scholar 

  • B. Moore, F. Governato, T. Quinn, J. Stadel, G. Lake, Resolving the structure of cold dark matter halos. Astrophys. J. Lett. 499, 5 (1998). doi:10.1086/311333

    ADS  Google Scholar 

  • B. Moore, T. Quinn, F. Governato, J. Stadel, G. Lake, Cold collapse and the core catastrophe. Mon. Not. R. Astron. Soc. 310, 1147–1152 (1999). doi:10.1046/j.1365-8711.1999.03039.x

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Navarro, C.S. Frenk, S.D.M. White, The structure of cold dark matter halos. Astrophys. J. 462, 563 (1996)

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Navarro, C.S. Frenk, S.D.M. White, A universal density profile from hierarchical clustering. Astrophys. J. 490, 493 (1997)

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Navarro, E. Hayashi, C. Power, A.R. Jenkins, C.S. Frenk, S.D.M. White, V. Springel, J. Stadel, T.R. Quinn, The inner structure of ΛCDM haloes—iii. universality and asymptotic slopes. Mon. Not. R. Astron. Soc. 349, 1039–1051 (2004). doi:10.1111/j.1365-2966.2004.07586.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.F. Neto, L. Gao, P. Bett, S. Cole, J.F. Navarro, C.S. Frenk, S.D.M. White, V. Springel, A. Jenkins, The statistics of ΛCDM halo concentrations. Mon. Not. R. Astron. Soc. 381, 1450–1462 (2007). doi:10.1111/j.1365-2966.2007.12381.x

    ADS  Google Scholar 

  • A.B. Newman, T. Treu, R.S. Ellis, D.J. Sand, The density profiles of massive, relaxed galaxy clusters. ii. separating luminous and dark matter in cluster cores. Astrophys. J. 765, 25 (2013). doi:10.1088/0004-637X/765/1/25

    ADS  Google Scholar 

  • N. Okabe, M. Takada, K. Umetsu, T. Futamase, G.P. Smith, Locuss: subaru weak lensing study of 30 galaxy clusters. Publ. Astron. Soc. Jpn. 62, 811 (2010)

    ADS  Google Scholar 

  • Y. Okura, K. Umetsu, T. Futamase, A new measure for weak-lensing flexion. Astrophys. J. 660, 995–1002 (2007). doi:10.1086/513135

    ADS  Google Scholar 

  • Y. Okura, K. Umetsu, T. Futamase, A method for weak-lensing flexion analysis by the holics moment approach. Astrophys. J. 680, 1–16 (2008). doi:10.1086/587676

    ADS  Google Scholar 

  • J.R. Peterson, S.M. Kahn, F.B.S. Paerels, J.S. Kaastra, T. Tamura, J.A.M. Bleeker, C. Ferrigno, J.G. Jernigan, High-resolution X-ray spectroscopic constraints on cooling-flow models for clusters of galaxies. Astrophys. J. 590, 207–224 (2003). doi:10.1086/374830

    ADS  Google Scholar 

  • A. Pinzke, C. Pfrommer, L. Bergström, Prospects of detecting gamma-ray emission from galaxy clusters: cosmic rays and dark matter annihilations. Phys. Rev. D 84(12), 123509 (2011). doi:10.1103/PhysRevD.84.123509

    ADS  Google Scholar 

  • S. Pires, A. Amara, Weak lensing mass reconstruction: flexion versus shear. Astrophys. J. 723, 1507–1511 (2010). doi:10.1088/0004-637X/723/2/1507

    ADS  Google Scholar 

  • E. Pointecouteau, M. Arnaud, G.W. Pratt, The structural and scaling properties of nearby galaxy clusters. i. the universal mass profile. Astron. Astrophys. 435, 1–7 (2005). doi:10.1051/0004-6361:20042569

    ADS  Google Scholar 

  • T.J. Ponman, A.J.R. Sanderson, A. Finoguenov, The Birmingham-cfa cluster scaling project—iii. entropy and similarity in galaxy systems. Mon. Not. R. Astron. Soc. 343, 331–342 (2003). doi:10.1046/j.1365-8711.2003.06677.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Postman, D. Coe, N. Benítez, L. Bradley, T. Broadhurst, M. Donahue, H. Ford, O. Graur, G. Graves, S. Jouvel, A. Koekemoer, D. Lemze, E. Medezinski, A. Molino, L. Moustakas, S. Ogaz, A. Riess, S. Rodney, P. Rosati, K. Umetsu, W. Zheng, A. Zitrin, M. Bartelmann, R. Bouwens, N. Czakon, S. Golwala, O. Host, L. Infante, S. Jha, Y. Jimenez-Teja, D. Kelson, O. Lahav, R. Lazkoz, D. Maoz, C. McCully, P. Melchior, M. Meneghetti, J. Merten, J. Moustakas, M. Nonino, B. Patel, E. Regös, J. Sayers, S. Seitz, A. Van der Wel, The cluster lensing and supernova survey with Hubble: an overview. Astrophys. J. Suppl. Ser. 199, 25 (2012). doi:10.1088/0067-0049/199/2/25

    ADS  Google Scholar 

  • C. Power, J.F. Navarro, A. Jenkins, C.S. Frenk, S.D.M. White, V. Springel, J. Stadel, T. Quinn, The inner structure of ΛCDM haloes—i. a numerical convergence study. Mon. Not. R. Astron. Soc. 338, 14–34 (2003). doi:10.1046/j.1365-8711.2003.05925.x

    ADS  Google Scholar 

  • F. Prada, A.A. Klypin, A.J. Cuesta, J.E. Betancort-Rijo, J. Primack, Halo concentrations in the standard Λ cold dark matter cosmology. Mon. Not. R. Astron. Soc. 423, 3018–3030 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2012.21007.x

    ADS  Google Scholar 

  • G.W. Pratt, H. Böhringer, J.H. Croston, M. Arnaud, S. Borgani, A. Finoguenov, R.F. Temple, Temperature profiles of a representative sample of nearby X-ray galaxy clusters. Astron. Astrophys. 461, 71–80 (2007). doi:10.1051/0004-6361:20065676

    ADS  Google Scholar 

  • G.W. Pratt, M. Arnaud, R. Piffaretti, H. Böhringer, T.J. Ponman, J.H. Croston, G.M. Voit, S. Borgani, R.G. Bower, Gas entropy in a representative sample of nearby X-ray galaxy clusters (rexcess): relationship to gas mass fraction. Astron. Astrophys. 511, 85 (2010). doi:10.1051/0004-6361/200913309

    ADS  Google Scholar 

  • K. Rines, A. Diaferio, Cirs: cluster infall regions in the Sloan digital sky survey. i. infall patterns and mass profiles. Astron. J. 132, 1275–1297 (2006). doi:10.1086/506017

    ADS  Google Scholar 

  • M.A. Sánchez-Conde, M. Cannoni, F. Zandanel, M.E. Gómez, F. Prada, Dark matter searches with Cherenkov telescopes: nearby dwarf galaxies or local galaxy clusters? J. Cosmol. Astropart. Phys. 12, 11 (2011). doi:10.1088/1475-7516/2011/12/011

    Google Scholar 

  • D.J. Sand, T. Treu, G.P. Smith, R.S. Ellis, The dark matter distribution in the central regions of galaxy clusters: implications for cold dark matter. Astrophys. J. 604, 88–107 (2004)

    ADS  Google Scholar 

  • R.W. Schmidt, S.W. Allen, The dark matter haloes of massive, relaxed galaxy clusters observed with Chandra. Mon. Not. R. Astron. Soc. 379, 209–221 (2007). doi:10.1111/j.1365-2966.2007.11928.x

    ADS  Google Scholar 

  • P. Schneider, X. Er, Weak lensing goes bananas: what flexion really measures. Astron. Astrophys. 485, 363–376 (2008). doi:10.1051/0004-6361:20078631

    ADS  MATH  Google Scholar 

  • U. Seljak, Analytic model for galaxy and dark matter clustering. Mon. Not. R. Astron. Soc. 318, 203–213 (2000). doi:10.1046/j.1365-8711.2000.03715.x

    ADS  Google Scholar 

  • M. Sereno, A. Zitrin, Triaxial strong-lensing analysis of the z>0.5 macs clusters: the mass-concentration relation. Mon. Not. R. Astron. Soc. 419, 3280–3291 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19968.x

    ADS  Google Scholar 

  • L.D. Shaw, J. Weller, J.P. Ostriker, P. Bode, Statistics of physical properties of dark matter clusters. Astrophys. J. 646, 815–833 (2006). doi:10.1086/505016

    ADS  Google Scholar 

  • V. Springel, S.D.M. White, A. Jenkins, C.S. Frenk, N. Yoshida, L. Gao, J. Navarro, R. Thacker, D. Croton, J. Helly, J.A. Peacock, S. Cole, P. Thomas, H. Couchman, A. Evrard, J. Colberg, F. Pearce, Simulations of the formation, evolution and clustering of galaxies and quasars. Nature 435, 629–636 (2005). doi:10.1038/nature03597

    ADS  Google Scholar 

  • K. Subramanian, R. Cen, J.P. Ostriker, The structure of dark matter halos in hierarchical clustering theories. Astrophys. J. 538, 528–542 (2000). doi:10.1086/309152

    ADS  Google Scholar 

  • D. Syer, S.D.M. White, Dark halo mergers and the formation of a universal profile. Mon. Not. R. Astron. Soc. 293, 337 (1998). doi:10.1046/j.1365-8711.1998.01285.x

    ADS  Google Scholar 

  • K. Umetsu, T. Broadhurst, Combining lens distortion and depletion to map the mass distribution of a1689. Astrophys. J. 684, 177–203 (2008). doi:10.1086/589683

    ADS  Google Scholar 

  • K. Umetsu, E. Medezinski, T. Broadhurst, A. Zitrin, N. Okabe, B.-C. Hsieh, S.M. Molnar, The mass structure of the galaxy cluster cl0024+1654 from a full lensing analysis of joint subaru and acs/nic3 observations. Astrophys. J. 714, 1470–1496 (2010). doi:10.1088/0004-637X/714/2/1470

    ADS  Google Scholar 

  • K. Umetsu, T. Broadhurst, A. Zitrin, E. Medezinski, D. Coe, M. Postman, A precise cluster mass profile averaged from the highest-quality lensing data. Astrophys. J. 738, 41 (2011). doi:10.1088/0004-637X/738/1/41

    ADS  Google Scholar 

  • K. Umetsu, E. Medezinski, M. Nonino, J. Merten, A. Zitrin, A. Molino, C. Grillo, M. Carrasco, M. Donahue, A. Mahdavi, D. Coe, M. Postman, A. Koekemoer, N. Czakon, J. Sayers, T. Mroczkowski, S. Golwala, P.M. Koch, K.-Y. Lin, S.M. Molnar, P. Rosati, I. Balestra, A. Mercurio, M. Scodeggio, A. Biviano, T. Anguita, L. Infante, G. Seidel, I. Sendra, S. Jouvel, O. Host, D. Lemze, T. Broadhurst, M. Meneghetti, L. Moustakas, M. Bartelmann, N. Benítez, R. Bouwens, L. Bradley, H. Ford, Y. Jiménez-Teja, D. Kelson, O. Lahav, P. Melchior, J. Moustakas, S. Ogaz, S. Seitz, W. Zheng, Clash: mass distribution in and around macs j1206.2-0847 from a full cluster lensing analysis. Astrophys. J. 755, 56 (2012). doi:10.1088/0004-637X/755/1/56

    ADS  Google Scholar 

  • F. Vazza, M. Brüggen, C. Gheller, Thermal and non-thermal traces of agn feedback: results from cosmological amr simulations. MNRAS, 194 (2012). doi:10.1093/mnras/sts213

  • M. Velander, K. Kuijken, T. Schrabback, Probing galaxy dark matter haloes in cosmos with weak lensing flexion. Mon. Not. R. Astron. Soc. 412, 2665–2677 (2011). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.18085.x

    ADS  Google Scholar 

  • A. Vikhlinin, M. Markevitch, S.S. Murray, C. Jones, W. Forman, L. Van Speybroeck, Chandra temperature profiles for a sample of nearby relaxed galaxy clusters. Astrophys. J. 628, 655–672 (2005). doi:10.1086/431142

    ADS  Google Scholar 

  • A. Vikhlinin, A. Kravtsov, W. Forman, C. Jones, M. Markevitch, S.S. Murray, L. Van Speybroeck, Chandra sample of nearby relaxed galaxy clusters: mass, gas fraction, and mass-temperature relation. Astrophys. J. 640, 691–709 (2006). doi:10.1086/500288

    ADS  Google Scholar 

  • M. Viola, P. Melchior, M. Bartelmann, Shear-flexion cross-talk in weak-lensing measurements. Mon. Not. R. Astron. Soc. 419, 2215–2225 (2012). doi:10.1111/j.1365-2966.2011.19872.x

    ADS  Google Scholar 

  • L.M. Voigt, A.C. Fabian, Galaxy cluster mass profiles. Mon. Not. R. Astron. Soc. 368, 518–533 (2006). doi:10.1111/j.1365-2966.2006.10199.x

    ADS  Google Scholar 

  • L.M. Voigt, R.W. Schmidt, A.C. Fabian, S.W. Allen, R.M. Johnstone, Conduction and cooling flows. Mon. Not. R. Astron. Soc. 335, 7–11 (2002). doi:10.1046/j.1365-8711.2002.05741.x

    ADS  Google Scholar 

  • G.M. Voit, M.L. Balogh, R.G. Bower, C.G. Lacey, G.L. Bryan, On the origin of intracluster entropy. Astrophys. J. 593, 272–290 (2003). doi:10.1086/376499

    ADS  Google Scholar 

  • J. Wang, S.D.M. White, Are mergers responsible for universal halo properties? Mon. Not. R. Astron. Soc. 396, 709–717 (2009). doi:10.1111/j.1365-2966.2009.14755.x

    ADS  Google Scholar 

  • R. Wojtak, E.L. Łokas, Mass profiles and galaxy orbits in nearby galaxy clusters from the analysis of the projected phase space. Mon. Not. R. Astron. Soc. 408, 2442–2456 (2010). doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17297.x

    ADS  Google Scholar 

  • Q. Yuan, P.-F. Yin, X.-J. Bi, X.-M. Zhang, S.-H. Zhu, Gamma rays and neutrinos from dark matter annihilation in galaxy clusters. Phys. Rev. D 82(2), 023506 (2010). doi:10.1103/PhysRevD.82.023506

    ADS  Google Scholar 

  • A.R. Zentner, A.A. Berlind, J.S. Bullock, A.V. Kravtsov, R.H. Wechsler, The physics of galaxy clustering. i. a model for subhalo populations. Astrophys. J. 624, 505–525 (2005). doi:10.1086/428898

    ADS  Google Scholar 

  • D.H. Zhao, Y.P. Jing, H.J. Mo, G. Börner, Accurate universal models for the mass accretion histories and concentrations of dark matter halos. Astrophys. J. 707, 354–369 (2009). doi:10.1088/0004-637X/707/1/354

    ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Universität Heidelberg, Zentrum für Astronomie, Institut für Theoretische Astrophysik, Philosophenweg 12, 69120, Heidelberg, Germany

    Matthias Bartelmann, Marceau Limousin, Massimo Meneghetti & Robert Schmidt

  2. CNRS, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Aix Marseille Université, UMR 7326, 13388, Marseille, France

    Matthias Bartelmann, Marceau Limousin, Massimo Meneghetti & Robert Schmidt

  3. INAF—Osservatorio Astronomico di Bologna, via Ranzani 1, 40127, Bologna, Italy

    Matthias Bartelmann, Marceau Limousin, Massimo Meneghetti & Robert Schmidt

  4. INFN—Sezione di Bologna, viale Berti Pichat 6/2, 40127, Bologna, Italy

    Matthias Bartelmann, Marceau Limousin, Massimo Meneghetti & Robert Schmidt

  5. Zentrum für Astronomie, Astronomisches Rechen-Institut, Universität Heidelberg, Mönchhofstraße 12-14, 69120, Heidelberg, Germany

    Matthias Bartelmann, Marceau Limousin, Massimo Meneghetti & Robert Schmidt

Authors
  1. Matthias Bartelmann
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Marceau Limousin
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Massimo Meneghetti
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Robert Schmidt
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Matthias Bartelmann.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Bartelmann, M., Limousin, M., Meneghetti, M. et al. Internal Cluster Structure. Space Sci Rev 177, 3–29 (2013). https://doi.org/10.1007/s11214-013-9977-6

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s11214-013-9977-6

Keywords

Search

Navigation