[論文レビュー] Comments on ``The first detections of the Extragalactic Background Light at 3000, 5500, and 8000 A'' by Bernstein, Freedman and Madore

K. Mattila|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2003

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 29

ひとこと要約

この論文は、地上およびハッブル宇宙望遠鏡のデータを用いたベーナーディン、フリードマン、マドールの銀河間背景光（EBL）検出の主張を批判的に評価する。大気中での散乱光補正の重大な欠陥と、ほこりの密度の低く見積もられた値が特定され、EBL推定値は2〜7倍低く見積もられている可能性が示唆され、系統的誤差が考慮されていないため、検出の主張は時期尚早であると結論づけられる。

ABSTRACT

A critical discussion is presented of the data analysis applied by Bernstein, Freedman and Madore (2002 ApJ, 571, 56; and ApJ 571, 85) in their measurement of the Extragalactic Background Light. There are questionable assumptions in the analysis of the ground-based observations of the Zodiacal Light. The modeling of the Diffuse Galactic Light is based on an underestimated value of the dust column density along the line of sight. Comparison with the previously presented results from the same observations reveals a puzzling situation: in spite of a large difference in the atmospheric scattered light corrections the derived Extragalactic Background Light values are exactly the same. The claim of the paper of a ``detection of the Extragalactic Background Light'' appears premature.

研究の動機と目的

• ベーナーディン、フリードマン、マドールによる絶対光度測定を用いた銀河間背景光（EBL）の初検出主張の妥当性を評価すること。
• 地上観測による黄道光（ZL）測定における系統的誤差、特に大気中散乱光補正の特定と定量化すること。
• ほこりの密度の柱密度に基づく拡散銀河光（DGL）推定値を再評価し、元の解析で著しく低く見積もられていることを示すこと。
• 同じデータから得られた以前の（BFM98-01）と後の（BFM02）結果の矛盾する点を解明すること。EBL値は同一であるが、散乱光補正の差は著しく大きい。

提案手法

• BFM02が用いた観測データを再分析し、大気減光および散乱光補正に注目する。
• BFM02の式を修正して適用：$ I_{\rm EBL} = I_{\rm tot} - I_{\rm ZL} - I_{\rm DGL} $、$ I_{\rm ZL} $ および $ I_{\rm DGL} $ の補正を更新する。
• ハートマン＆バーナー（1997）のアトラスとシュレーゲル、フィンクバインアー、デイヴィス（1998）のCOBE/DIRBEベースの消光マップを独立して用い、$ I_{\rm DGL} $ の再キャリブレーションを行う。
• BFM02bの散乱光モデルと、散乱光を完全に無視した初期のBFM98-01手法を比較し、補正の差を定量的に評価する。
• ZLキャリブレーションおよび大気散乱における系統的誤差を推定し、4650 Åで14.3–19.8 × 10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹の減少を示す。
• 修正された $ I_{\rm ZL} $ および $ I_{\rm DGL} $ 値を適用してEBL推定値を再評価し、BFM02の元の値に比べ2〜7倍高いEBL推定値を得る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 散乱光補正の差が24×10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹であるにもかかわらず、BFM98-01とBFM02のEBL値が0.1×10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹以内で同一であるのはなぜか？
• RQ2 BFM02aで低く見積もられたほこりの密度柱密度は、DGLおよびEBL推定値にどのように影響するか？
• RQ3 ZLキャリブレーションおよび大気散乱における系統的誤差は、EBL検出の主張をどれほど無効にするか？
• RQ4 BFM02のEBL推定値は、以前の研究による独立した上限と整合するか？
• RQ5 BFM02の解析で系統的誤差が1σ不確実性に含まれていなかったのはなぜか？

主な発見

• BFM02のEBL推定値は、散乱光補正およびDGLモデルの系統的誤差が考慮されていないため、2〜7倍低く見積もられている可能性が非常に高い。
• BFM02bにおける散乱光補正は $ \gtrapprox 24 \times 10^{-9} $ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹ と推定されるが、BFM98-01では0と仮定されており、EBL値は0.1×10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹以内で同一である。これは根本的な不整合を示している。
• BFM02aで用いられたほこりの密度柱密度は2.9±0.9倍低く見積もられており、これによりDGL推定値は約1×10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹低く見積もられている。
• 散乱光およびほこりの密度柱密度の補正を施した後、再評価されたEBL推定値は、それぞれ3000、5500、8000 Åで7.4–9.1、15.4–20.7、10.6–14.3 × 10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹となり、BFM02の元の値より著しく高い。
• これらの再評価されたEBL値は、デューブら（1979）、トーラー（1983）、マティラ（1990）の以前の上限値（約4.5–9×10⁻⁹ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ Å⁻¹）と矛盾しており、元の検出主張の妥当性に疑問を呈する。
• 特定された系統的誤差、特にZLキャリブレーションおよび大気散乱における誤差は、BFM02で報告された1σ不確実性を上回っており、誤差解析が不完全であり、検出主張は時期尚早であると結論づけられる。