[論文レビュー] An Historical View: The Discovery of Voids in the Galaxy Distribution

Laird A. Thompson, Stephen A. Gregory|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、1970年代後半に初期赤方偏移調査を通じて発見された宇宙空洞——直径約20 h⁻¹ Mpc の巨大な低密度領域で、星が存在しない——の歴史的記録を述べる。グレゴリーとトマスンのコマ〜ア1367領域における実証的調査により、空洞を取り囲むフィラメント状の超銀河団構造が明らかになり、それまでの一様な宇宙の見方を揺るがし、理論的シミュレーションが彼らの発見を裏付けた後、宇宙の網目構造モデルの受容を促進した。

ABSTRACT

Voids in the large scale distribution of galaxies were first recognized and discussed as an astrophysical phenomenon in two papers published in 1978. We published the first (Gregory and Thompson 1978) and Joeveer, Einasto and Tago (1978) published the second. The discovery of voids altered the accepted view of the large scale structure of the universe. In the old picture, the universe was filled with field galaxies, and occasional density enhancements could be found at the locations of rich galaxy clusters or superclusters. In the new picture, voids are interspersed between complex filamentary supercluster structure that forms the so-called cosmic web. The key observational prerequisite for the discovery of voids was a wide-angle redshift survey displayed as a cone diagram that extended far enough in distance to show a fair sample of the universe (i.e., well beyond the Local Supercluster). The initial impact of the 1978 discovery of voids was stunted for several years by theoretical cosmologists in the West who were not quite sure how filaments and voids could emerge from what otherwise appeared to be a homogeneous universe. After it became clear several years later that theoretical models of structure formation could explain the phenomenon, the new void and supercluster paradigm became widely accepted.

研究の動機と目的

• 赤方偏移調査を通じて銀河分布における大規模な低密度空洞の実証的発見を記録すること。
• 理論的宇宙論者たちが空洞を統計的誤差とみなした初期の懐疑的反応を、空洞が実際の天体的特徴であると信じられなかったことと対比すること。
• グレゴリーとトマスンおよびジョーヴェアーや他の研究者らによる初期の赤方偏移調査が、超銀河団と空洞の宇宙の網目構造をどのように明らかにしたかをたどること。
• 数値的シミュレーションが空洞の存在をどのように裏付け、空洞-超銀河団パラダイムの広範な受容に至ったかを説明すること。
• 1978年の発見が大規模構造形成の宇宙論的モデルをどのように再編成したか、歴史的意義を確立すること。

提案手法

• 高電圧イメージインテンシファイアを用いた広角赤方偏移調査を実施し、銀河の赤方偏移を測定することで、銀河分布の3次元マッピングを可能にした。
• 赤方偏移データからコーン図を作成し、大規模構造を可視化。低密度領域がフィラメント状の超銀河団壁に囲まれていることが明らかになった。
• 豊富なアベル銀河団の周囲の銀河分布を分析し、相互接続（ブリッジ）の有無を検証し、孤立した空洞を同定した。
• 理論的モデル（ゼルドビッチの上から下への構造形成と、後の階層的クラスタリングモデル）と観測結果を比較した。
• CfA調査およびヘインズ、ジオヴァネッリ、キルシュナーらの調査データを含む複数の調査データを用い、空洞構造の相互確認を行った。
• 空洞が視覚的錯覚ではなく実際の特徴であるという懐疑的見解に対処するため、統計的バイアスが視覚的解釈に与える役割を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的銀河分布に大規模な低密度空洞が存在する証拠は何か？
• RQ2 赤方偏移調査で明確な視覚的・統計的証拠が示されていたにもかかわらず、なぜ空洞は当初懐疑的視線を浴びたのか？
• RQ3 実証的発見の後、理論的宇宙論は空洞の存在をどのように受け入れるようになったのか？
• RQ4 グレゴリーとトマスン、CfA調査などの初期赤方偏移調査が、超銀河団と空洞の宇宙の網目構造をどの程度明らかにしたのか？
• RQ5 数値的シミュレーションが空洞の天体的実在性をどのように裏付け、宇宙論におけるコンSENSUSの転換を促したのか？

主な発見

• 1978年のグレゴリーとトマスンによる赤方偏移調査で、星が存在しない直径約20 h⁻¹ Mpc の宇宙空洞が、初めて明確に同定された。
• この発見により、密度の高いフィラメントに囲まれた低密度領域としての宇宙の網目構造が明らかになった。
• 初期の理論的懐疑は、空洞が統計的誤差または視覚的錯覚である可能性があるとされたもので、ソネイラとピーブルズ（1978）が主張した。
• 空洞の存在は、初期密度ゆらぎから大規模構造（空洞を含む）がどのように形成されるかを示した数値的シミュレーションによって、後に裏付けられた。
• 1980年代初頭には、キルシュナー らおよびCfA調査を含む複数の独立した調査によって、空洞-超銀河団パラダイムが広く受け入れられるようになった。
• 1986年のデラパランスらのCfA調査により、「コマ・スティッキーマン」構造が確認され、宇宙の網目構造モデルが固まり、1978年の発見の歴史的意義が確立された。