[論文レビュー] Central symmetry and antisymmetry of the microwave background inhomogeneities on Wilkinson Microwave Anisotropy Probe maps

Iurii Kudriavtcev, D. Semenov|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、WMAPデータにおけるマイクロ波背景の不均一性が、対称的および反対称的成分を併せ持つ中心対称性を示すと提案している。ここで、天の上における直径反対点の温度偏差は、同一（対称的）または逆（反対称的）である。数値解析およびモルウェイド図法のマップを用いて、著者らは−4±1%のグローバル平均の対称性係数を同定し、反対称性がわずかに優勢であることを示している。また、局所的な変動は両メカニズムからの双極的寄与を示しており、再結合時の物質の運動と密度の不均一性に起因する別個の物理的起源を示唆している。

ABSTRACT

We performed a visual and numeric analysis of the deviation of the microwave background temperature on WMAP maps. We proved that the microwave background inhomogeneities possess the property of the central symmetry resulting from the two kinds of central symmetry of the opposite signs. After the computer modeling we have established the relation between the coefficient of the central symmetry and the values of the symmetrical and antisymmetrical components of the deviation of the temperature. The obtained distribution of the symmetry coefficient on the map of the celestial sphere in Mollweide projection testifies on a contribution of both kinds of central symmetry which is approximately equal on the average in absolute magnitude but opposite by sign and where one kind of the central symmetry prevails on some sections of the celestial sphere and another kind - on the others. The average resulting value of the symmetry coefficient on the sections with angular measures less than 15-200 varies within the range from -50% to +50% with some prevalence of the antisymmetry - the average coefficient of the central symmetry for the whole celestial sphere is -4 +/- 1%. (antisymmetry 4%). Small scale structure of the distribution indicates that it is the result of the combined action of the mechanisms of the central symmetry and central antisymmetry, close to 100%.

研究の動機と目的

• WMAPマップにおけるマイクロ波背景の不均一性が、軸対称性ではなく中心対称性を示すかどうかを調査すること。
• 中心対称性（対称的および反対称的成分を含む）が、宇宙の等方性を破らない形で観測された大スケールパターンを説明できるという仮説を検証すること。
• 温度偏差マップの数値解析を用いて、対称的および反対称的成分の相対的寄与を定量化すること。
• 対称性パターンの物理的起源を検討し、再結合時の物質の運動と密度の不均一性に起因するものとを区別すること。

提案手法

• 視覚的および数値的解析を、モルウェイド図法およびランバート図法のWMAPマップに適用し、中心対称性のパターンを同定した。
• 中心対称性係数ksymmを、|Tsymm| − |Tasymm|| / (|Tsymm| + |Tasymm|) として定義し、対称的および反対称的温度成分の絶対値の差と和の関係を示した。
• コンピュータモデリングを用いて、天球上における対称性係数の分布をシミュレートした。
• モルウェイド図法によるksymmマップを生成し、空間的変動を可視化し、対称性または反対称性が優勢な領域を特定した。
• ksymmマップの平滑化されていない断片を分析し、Tsymm = 0 または Tasymm = 0 となる線を検出することで、100%の片側対称性を示す領域を同定した。
• 光線が3次元球面を複数回回る閉じた3次元球面宇宙モデルにおける理論的予測と、観測パターンを相関させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WMAPデータにおけるマイクロ波背景は、軸対称性ではなく中心対称性を示すか。もしそうならば、その特徴は何か？
• RQ2 対称的および反対称的成分の相対的寄与は、天球上での観測された温度偏差パターンにどのように寄与しているか？
• RQ3 観測された対称性パターンは、再結合時の二つの異なる物理的メカニズム（物質の運動と密度の不均一性）によって説明可能か？
• RQ4 対称性係数は、さまざまな角度スケールでどのように変化するか。これにより、背後にある宇宙論的力学にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 中心対称性係数のグローバル平均値は何か。また、これは片方の対称性が他より優勢であることを示唆しているか？

主な発見

• 天球全体における中心対称性係数の平均値は−4±1%であり、反対称性がわずかに優勢であることを示している。
• 15–20°未満の角度スケールでは、対称性係数は−50%から+50%の間で変動し、局所的な領域では対称的または反対称的支配が観測された。
• ksymmマップの小スケール構造は、Tsymm = 0 または Tasymm = 0 となる線を特徴としており、100%の片側対称性を示しており、両メカニズムの存在を確認している。
• ksymmの分布は双極的パターンを示しており、対称的および反対称的成分は平均的に大きさはほぼ等しく、符号が逆である。
• 観測された対称性パターンは、光線が3次元球面を複数回回る閉じた宇宙モデルと整合しており、再結合時の温度偏差に中心対称性をもたらしている。
• 結果から、温度偏差は再結合時に物質の運動（反対称性を誘発）と密度の不均一性（対称性を誘発）という二つの別個の物理的プロセスによって駆動されていると示唆される。