[論文レビュー] Apparent cosmic acceleration due to local bulk flow

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、タイプIa超新星観測データで観測される見かけの宇宙の加速が、ダークエネルギーではなく局所的ボリュームフローに起因する可能性を提案している。JLAカタログを用いた最尤解析により、赤方偏移 $ z \sim 0.2 $ まで延びる $ q_0 $ の双極子モードが検出された。この流れを補正した後、従来ダークエネルギーに起因するとされている単極成分 $ q_0 $ は統計的に有意でなくなり、2σの信頼水準でゼロと整合的になる。

ABSTRACT

Recent observations reveal a bulk flow in the local Universe which is faster and extends to larger scales than is expected around a typical observer in the standard $\Lambda$CDM cosmology. The deceleration parameter $q_0$ derived from local observations is then expected to show a scale-dependent dipolar modulation. From a maximum likelihood analysis of the Joint Lightcurve Analysis (JLA) catalogue of Type Ia supernovae we do find such a dipole in $q_0$ extending out to $z \sim 0.2$, with a magnitude comparable to its monopole. Although not statistically significant in current data, such a dipole must be allowed for, especially in analysing surveys with incomplete sky coverage such as JLA and its successor Pantheon; out of 740 (1048) SNe IA in the JLA (Pantheon) catalogue, 632 (890) are in the hemisphere opposite to the direction of bulk flow for which their redshifts have been corrected. However when we do so, the monopole component of $q_0$, which has been widely ascribed to a cosmological constant (dark energy), drops in statistical significance and becomes consistent with zero at $2\sigma$ (95\% c.l.). This suggests that the apparent acceleration of the expansion rate deduced from supernovae may be an artefact of our bulk flow.

研究の動機と目的

• タイプIa超新星データで観測される宇宙の加速が、ダークエネルギーではなく局所的ボリュームフローに起因する可能性があるかどうかを調査すること。
• ボリュームフローに起因する $ q_0 $ の双極子モードが、宇宙論的推論に与える影響を定量化すること。
• JLA や Pantheon のような調査で空のカバー率が不完全であることが、単極成分 $ q_0 $ の有意性に与える影響を評価すること。
• ボリュームフロー効果を補正することで、宇宙定数（ダークエネルギー）の統計的有意性を再評価すること。

提案手法

• 740個のタイプIa超新星からなる連携光曲線解析（JLA）カタログを用いて、最尤解析を実施する。
• 局所的ボリュームフローを考慮するため、減速パラメータ $ q_0 $ をスケール依存として双極子モードでモデル化する。
• ボリュームフローの方向とは反対側の半球に位置する超新星の赤方偏移を補正して、系統的バイアスを軽減する。
• 補正前後における単極成分 $ q_0 $ を比較し、統計的有意性の変化を評価する。
• 統計的有意性の検定を用いて、補正後も単極成分 $ q_0 $ がゼロと整合的であるかどうかを評価する。
• 将来的な調査と整合性を保つために、Pantheonカタログ（1048個のSNe Ia）に対しても同様の解析を拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的ボリュームフローに起因する $ q_0 $ の観測された双極子モードが、単極成分 $ q_0 $ の推定値に影響を与えるか？
• RQ2 ボリュームフローを補正することで、単極成分 $ q_0 $ の統計的有意性はどの程度低下するか？
• RQ3 ボリュームフロー効果を考慮した場合、超新星データにおける見かけの宇宙の加速は、宇宙定数と整合的か？
• RQ4 JLA や Pantheon のような調査における空のカバー率の不完全さが、$ q_0 $ の検出にどのように影響するか？
• RQ5 JLAカタログで観測された $ q_0 $ の双極子成分は、ダークエネルギーではなく局所的ボリュームフローによって説明可能か？

主な発見

• JLAカタログにおいて、赤方偏移 $ z \sim 0.2 $ まで延びる $ q_0 $ の双極子モードが検出された。
• この双極子の大きさは、$ q_0 $ の単極成分と同等の規模である。
• 局所的ボリュームフローを補正した後、単極成分 $ q_0 $ は2σの信頼水準（95%信頼区間）でゼロと整合的になる。
• ボリュームフローを考慮した場合、従来ダークエネルギーの証拠と解釈されてきた単極成分 $ q_0 $ の統計的有意性は顕著に低下する。
• 補正は、JLAカタログの740個の超新星のうち632個に適用され、すべてがボリュームフローの方向とは反対側の半球に位置する。
• この結果は、見かけの宇宙の加速が、宇宙定数ではなく局所的ボリュームフローに起因する誤差である可能性を示唆している。