[論文レビュー] A response to Rubin & Heitlauf: "Is the expansion of the universe accelerating? All signs still point to yes"

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2019

Space Science and Extraterrestrial Life被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、タイプIa超新星の観測データが等方的宇宙加速を示す証拠であるという解釈に挑戦し、顕著な単極的加速（ダークエネルギーに起因するとされる）が、赤方偏移および光曲線パラメータに対する任意の補正の後のみに生じることを主張している。赤方偏移をCMBフレームに補正し、サンプルおよび赤方偏移に依存する光曲線モデリングを適用しても、等方的加速の有意水準は3σ未満にとどまり、これは減速パラメータの双極子異方性が実際のバルクフローの信号である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We have shown (Colin et al., 2019) that the acceleration of the Hubble expansion rate inferred from Type Ia supernovae (SNe Ia) is, at $3.9\\sigma$ significance, a dipole approximately aligned with the CMB dipole, while its monopole component, which can be interpreted as due to a Cosmological Constant or dark energy, is consistent with zero at $1.4\\sigma$. This has been challenged by Rubin & Heitlauf (2019) who assert that the dipole arises because we made an incorrect assumption about the SNe Ia light-curve parameters (viz. took them to be sample- and redshift independent), and did not allow for the motion of the Solar system (w.r.t. the 'CMB frame' in which the CMB dipole supposedly vanishes). In fact what has an even larger impact on our finding is that we reversed the inconsistent "corrections" made for the peculiar velocities of the SNe Ia host galaxies w.r.t the CMB frame, which in fact serve to bias the lever arm of the Hubble diagram towards higher inferred values of the monopole. We demonstrate that even if all such corrections are made consistently and both sample- and redshift-dependence is allowed for in the standardisation of supernova light curves, the evidence for isotropic acceleration rises to just $2.8\\,\\sigma$. Thus the criticism of Rubin & Heitlauf serves only to highlight that "corrections" must be made to the SNe Ia data assuming the standard $\\Lambda$CDM model, in order to recover it from the data.

研究の動機と目的

• 太陽系フレームにおける超新星データが、宇宙論的推論のためCMBフレームに補正する必要があるという仮定に挑戦すること。
• ハッブル図における顕著な単極的加速が、モデル依存の補正に起因するアーティファクトであるかどうかを調査すること。
• 減速パラメータにおける双極子異方性が、実際のバルクフローの信号であるのか、ダークエネルギーの証拠であるのかをテストすること。
• ベイジアン情報基準（BIC）を用いて、SALT2モデルにおける赤方偏移およびサンプル依存の光曲線パラメータの妥当性を評価すること。
• 最初から等方性のテストを行う前に、FLRWに基づくフロー・モデルを用いてデータを補正することの循環的構造を浮き彫りにすること。

提案手法

• 赤方偏移に依存しないおよび赤方偏移に依存するパラメータを用いて、$x_1$ および $c$ の両方について、JLA超新星カタログをSALT2光曲線フィッティングモデルで分析する。
• 太陽系フレームの赤方偏移と、Hudsonら（2004年）、Carrickら（2015年）のバルクフロー・モデルを用いたCMB静止フレームへの補正を施した赤方偏移を比較する。
• ベイジアンハイアラルヒエラルキー・モデルを用いて、減速パラメータ $q_0$ および $q_d$ の単極成分および双極成分の有意性を評価する。
• 追加のパラメータをペナルティとして課すベイジアン情報基準（BIC）を用い、赤方偏移に依存するモデルにおける12個の追加パラメータが、モデル選択基準では正当化されないことを示す。
• 標準的な固有速度補正を逆転させ、それがハッブル図のレバーアームおよび推定される単極的加速に与える影響を評価する。
• 複数のフィット結果を比較する：太陽系フレーム対CMBフレームの赤方偏移、固有速度補正の有無、光曲線パラメータの追加パrameter化の有無を組み合わせた条件で。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移をCMBフレームに補正し、光曲線パラメータを赤方偏移に依存させる場合、タイプIa超新星データにおける顕著な等方的加速が依然として維持されるか？
• RQ2 固有速度補正が、ハッブル図における単極的加速の推定値をどの程度バイアスさせるか？
• RQ3 減速パラメータにおける双極子異方性は、実際のバルクフローの信号であるのか、データ還元の選択によるアーティファクトであるのか？
• RQ4 赤方偏移に依存する光曲線モデルが要求する追加パラメータは、ベイジアン情報基準によって正当化されるか？
• RQ5 テストしようとしているモデル（ΛCDM）を前提としない限り、超新星データから宇宙論的に有意な単極的加速を抽出することは可能か？

主な発見

• CMBフレームへの赤方偏移補正およびサンプル・赤方偏移に依存する光曲線パラメータの導入を行った後でも、等方的加速の有意水準は2.8σにとどまる。
• 減速パラメータにおける双極子異方性は、以前に3.9σで検出されたが、これは太陽系フレームの赤方偏移や誤った光曲線仮定の影響を受けていない、信頼性の高い信号である。
• 標準的な固有速度補正を逆転させることで、推定される単極的加速が低下し、これがハッブル図のレバーアームに与えるバイアス効果が明確になった。
• ベイジアン情報基準（BIC）は、赤方偏移に依存するモデルにおける12個の追加パラメータを、少なくとも39.6の要因でペナルティとして課し、6.6よりもはるかに大きい。このため、モデル選択基準ではこれらのパラメータは正当化されない。
• JLAおよびパンセオングラフのカタログで用いられている固有速度補正は一貫性がない：フロー領域内にある超新星には補正が施されているが、外側の超新星には適用されていないため、方向性バイアスが生じている。
• パンセオングラフのデータリリースにおいて、固有速度補正が既知のフローモデルを超えて適用されていたバグが判明し、補正後の等級と赤方偏移に不一致が生じ、この補正の信頼性がさらに損なわれた。