[論文レビュー] A Supervoid Imprinting the Cold Spot in the Cosmic Microwave Background

F. Finelli⋆, J. Garc+2 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、宇宙背景放射のコールドスポットが、リース＝シュリマ効果を介してスーパーボイドによって引き起こされるものであると提案している。球対称なLTBボイドモデルを用い、WISE-2MASS赤外不均一性とPlanck/WMAP温度データの両方に適合させる。モデルは、z₀ = 0.16 ± 0.04、半径 r₀ = 195 ± 35 h⁻¹ Mpc、平均深さ δ̄ = −0.10 ± 0.03 のボイドを示し、ベイズ解析により初期状態のフラクチュエーションやテクスチャーモデルよりも強く支持される。

ABSTRACT

The Cold Spot is one of the anomalies in the Cosmic Microwave Background, and could be of primordial origin, or caused by a foreground structure. The recently constructed WISE-2MASS all-sky infrared catalogue has a projected underdensity in the direction of the Cold Spot with an angular size 10’s of degrees, and as deep as δ ' −0.12 in the center. We show that a spherically symmetric Lemaitre-Tolman-Bondi (LTB) void model can simultaneously fit the underdensity in the WISE-2MASS catalogue and the Cold Spot as observed by both the Wilkinson Anisotropy Probe and Planck satellites. Such an LTB supervoid gives a perfect explanation, via a Rees-Sciama effect, of the Cold Spot anomaly, and is strongly preferred (using a Bayesian analysis) over the null hypothesis (statistical fluctuation) or a texture model. When the galaxy bias, measured from the large-scale angular power spectrum, is taken into account, a simultaneous three-parameter fit for the void model and the temperature profile gives z0 = 0.16 ± 0.04 for the mean redshift of the supervoid, r0 = 195 ± 35h−1Mpc for its size, and δ ̄ = −0.10±0.03 for the top-hat-projected average depth of the void. These parameters

研究の動機と目的

• 前方に位置するスーパーボイドが、宇宙背景放射におけるコールドスポットの異常を説明できるかどうかを調査すること。
• 球対称なLTBボイドモデルが、観測された赤外不均一性とCMB温度低下の両方を同時に説明できるかどうかを検証すること。
• ベイズ解析を用いて、初期状態のフラクチュエーションや宇宙的テクスチャーといった代替説明と比較し、ボイドモデルの優位性を評価すること。
• 銀河のバイアスと温度プロファイルのデータを用いて、ボイドの赤方偏移、サイズ、深さを制約すること。

提案手法

• 不均一な時空幾何学を記述するため、球対称なレマイトラ＝トランビュリ＝ボンディ（LTB）ボイドモデルを構築する。
• WISE-2MASS全天赤外カタログを用いて、コールドスポット領域における投影不均一性を測定する。
• リース＝シュリマ効果を適用し、ボイドの重力ポテンシャルの時間的変化に起因するCMBの温度低下を計算する。
• 赤方偏移、サイズ、深さの3パラメータによるフィットを用いて、WISE-2MASSの不均一性とPlanck/WMAP CMB温度データの両方にモデルを適合させる。
• 大規模構造の角度パワー スペクトルからの銀河バイアスを組み込み、ボイドパラメータの制約を精緻化する。
• ベイズ的モデル比較を実施し、ボイドモデルが帰無仮説およびテクスチャーモデルに対してどの程度支持されるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前方のスーパーボイドが、宇宙背景放射におけるコールドスポットの異常を説明できるか？
• RQ2 球対称なLTBボイドモデルが、赤外不均一性とCMB温度プロファイルの両方を同時に適合できるか？
• RQ3 銀河バイアスとCMBデータからの観測的制約と比較して、ボイドの赤方偏移、サイズ、深さはどのように評価されるか？
• RQ4 ボイドモデルは、初期状態のフラクチュエーションやテクスチャーモデルよりも統計的に優位に支持されるか？
• RQ5 統合されたデータに基づいて、ボイドの物理的性質の最良適合パラメータセットは何か？

主な発見

• LTBスーパーボイドモデルは、WISE-2MASSの赤外不均一性とPlanckおよびWMAPが観測したCMBコールドスポットの両方に対して完璧に適合する。
• 最良適合ボイドの平均赤方偏移は z₀ = 0.16 ± 0.04、半径は r₀ = 195 ± 35 h⁻¹ Mpc、投影平均深さは δ̄ = −0.10 ± 0.03 である。
• ベイズ的証拠に基づき、統計的フラクチュエーションの帰無仮説および宇宙的テクスチャーモデルよりもボイドモデルが強く支持される。
• 大規模構造の角度パワー スペクトルからの銀河バイアスの組み込みにより、ボイドパラメータの制約が改善される。
• 時間的に変化するボイドポテンシャルに起因するリース＝シュリマ効果が、観測されたコールドスポットの温度低下を完全に説明する。
• 赤外、CMB、大規模構造という複数の独立したデータセットにわたるモデルの一貫性が、その物理的妥当性を支持する。