[論文レビュー] Calibrating the Tully-Fisher Relation to Measure the Hubble Constant

D. Scolnic, Paula Boubel+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2024

Relativity and Gravitational Theory被引用数 5

ひとこと要約

本論文は Tully-Fisher (TF) 距離梯子を再検討し、2つのゼロ点の不一致を特定・修正し、H0 = 76.3 ± 2.1 (stat) ± 1.5 (sys) km/s/Mpc を導出する。これにより TF ベースの H0 を他の較正と一致させ、ハッブルの緊張が単一の距離指標に結びついていないことを補強する。

ABSTRACT

Boubel et al. 2024 (B24) recently used the Tully-Fisher (TF) relation to measure calibrated distances in the Hubble flow and found $H_0= 73.3 \pm 2.1 (stat) \pm 3.5 (sys)$ km/s/Mpc. The large systematic uncertainty was the result of propagating the conflict between two sources of empirical distance calibration: a difference in zeropoint when calibrating the TF relation with Type Ia supernovae (SNe Ia) versus Cepheids and Tip-of-the-Red-Giant-Branch (TRGB) and an apparent difference in zeropoint between two distinct TRGB datasets. We trace the SN Ia-based calibration used in the TF analysis to a study where $H_0$ was fixed to 70 km/s/Mpc rather than measured, (with host distances derived from redshifts and the Hubble law), thus introducing a discrepancy with the other empirically calibrated indicators. In addition, we trace the difference in TRGB zeropoints to a miscalibration of $0.14$ mag that should be $\sim0.01-0.04$ mag. Using the consistent Cepheid and TRGB calibration from B24 while removing the problematic data reduces the systematic error by a factor of two and results in $H_0 = 76.3 \pm 2.1 extrm{(stat)} \pm 1.5 extrm{(sys)}$ km/s/Mpc. This measurement is consistent with previous determinations of $H_0$ using the TF relation. We also show that most determinations of $H_0$ measurements that replace Type Ia supernovae measurements with another far-field distance indicator yield $H_0>73$ km/s/Mpc, reinforcing previous findings that the Hubble tension is not tied to any one distance indicator.

研究の動機と目的

• Boubel et al. (2024) が報告した TF ベースの H0 測定における系統的不確かさの源を評価する。
• TF 分析で用いられる Cepheid/TRGB と SNe Ia の較正間のゼロ点の不一致を特定する。
• 一貫した Cepheid および TRGB の較正を用いて修正済みの TF ベースの H0 を提供する。
• 異なる距離指標が推定される H0 およびハッブルの緊張に及ぼす影響を評価する。
• TF ベースの結果が他の距離梯子による H0 の測定と一致するかを明らかにする。

提案手法

• 参照論文で使用された TF ゼロ点較正の経路を追跡する（Cepheids、TRGB、SNe Ia）。
• Kowalski et al. 2008; Pantheon+ によるクロスマッチデータセットを用いて、SN Ia に基づく較正を Cepheid/TRGB の較正と比較する。
• Makarov et al. (2014) と Freedman et al. (2019) の間の TRGB ゼロ点の差を評価し、不一致の要因を説明する。
• TF の較正を Cepheids および TRGB に限定して、不確かさを抑えたゼロ点の系統誤差を定量化する。
• Cepheid および TRGB の較正を用いた WISE W1 バンド TF を用いて H0 を計算し、几何誤差とゼロ点の不確かさを伝搬させる。
• TF ゼロ点較正の分散と、それが系統誤差予算に及ぼす影響について論じる。）

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SNe Ia を用いた TF の較正と Cepheids/TRGB を用いた場合でどのゼロ点の差が生じ、それが H0 にどのように影響するか？
• RQ2 異なるカタログ（M14 vs F19）の TRGB ゼロ点較正が TF ベースの H0 にどのように影響するか？
• RQ3 TF に Cepheid および TRGB の較正のみを用いた場合の H0 の値と、それに伴う不確かさはいくらか？
• RQ4 共通の Cepheid/TRGB 校正を用いた場合、TF ベースの H0 は他の距離指標測定と一貫しているか？
• RQ5 SNe Ia を別の遠方指標に置換することは、手法を超えて系統的に H0 を高くするのか低くするのか？

主な発見

• ゼロ点の不一致を修正すると、WISE W1 バンド TF を用いて H0 = 76.3 ± 2.1 (stat) ± 1.5 (sys) km/s/Mpc となる。
• Cepheid/TRGB ゼロ点差の系統不確かさは、SNe Ia と誤って同定された TRGB データを除外すると ~3.5 から ~0.5 km/s/Mpc に減少する。
• Cepheid および TRGB の較正は、それぞれ 76.1 ± 3.0 および 76.1 ± 2.7 の一貫した H0 を与える（引用された誤差内）。
• Cepheid/TRGB の較正を用いた場合、TF ベースの H0 は多くの SN Ia ベースの梯子結果よりも高いままで、従来の TF 測定と一致している。
• H0 分析で SNe Ia を他の遠方指標に置換すると一般に H0 > 73 km/s/Mpc となり、指標間の緊張が依然として存在することを示している。