[論文レビュー] Is there a violation of the Copernican principle in radio sky

Ashok K. Singal|arXiv (Cornell University)|May 17, 2013

Scientific Research and Discoveries被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、3CRRサーベイからの強力な延べられたクェーサーや電波銀河の天の川上での大規模な非等方的分布を特定し、48個のクェーサーのうち33個が地球の自転軸および公転軸に一致する平面の一方の側に集中していることを示している。このような非対称性が偶然に生じる確率はわずかに約1%であり、コペルニクスの原理に挑戦するもので、宇宙に大規模な非一様性や優先方向が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report the presence of large anisotropies in the sky distributions of powerful extended quasars as well as some other sub-classes of radio galaxies in the 3CRR survey, the most reliable and most intensively studied complete sample of strong steep-spectrum radio sources. The anisotropies lie about a plane passing through the equinoxes and the north celestial pole. Out of a total of 48 quasars in the sample, 33 of them lie in one half of the observed sky and the remaining 15 in the other half. The probability that in a random distribution of 3CRR quasars in the sky, statistical fluctuations could give rise to an asymmetry in observed numbers up to this level is only $\sim 1\%$. Also only about 1/4th of Fanaroff-Riley 1 (FR1) type of radio galaxies lie in the first half of the observed sky and the remainder in the second half. If we include all the observed asymmetries in the sky distributions of quasars and radio galaxies in the 3CRR sample, the probability of their occurrence by a chance combination reduces to $\sim 2 imes 10^{-5}$. Two pertinent but disturbing questions that could be raised here are -- firstly why should there be such large anisotropies present in the sky distribution of some of the strongest and most distant discrete sources, implying inhomogeneities in the universe at very large scales (covering a fraction of the universe)? Secondly why should such anisotropies lie about a great circle decided purely by the orientation of earth's rotation axis and/or the axis of its revolution around the sun? Are these alignments a mere coincidence or do they imply that these axes have a preferential placement in the larger scheme of things, implying an apparent breakdown of the Copernican principle or its more generalization, cosmological principle, upon which the standard cosmological model is based upon?

研究の動機と目的

• 3CRRサーベイからの強力な電波源の天の川上での大規模な非等方的分布が存在するかどうかを調査すること。
• これらの非等方的分布が統計的に有意であるか、あるいはランダムな揺らぎによって生じる可能性があるかどうかを評価すること。
• これらの非等方的分布が地球の自転軸および公転軸に一致していることから、宇宙論的原理の違反を示唆するかどうかを評価すること。
• このような一致が、コペルニクスの原理に基づく標準宇宙論モデルの前提に与える影響を検討すること。

提案手法

• 天の川全域にわたる3CRRサーベイに含まれる48個のクェーサーおよびFR1型電波銀河の空間的分布を分析した。
• 春分点および北天極を通過する基準平面を定義し、非対称性の有無を検証した。
• ランダム分布モデルの下で、クェーサー数の不均衡（33 vs. 15）が観測される確率を計算した。
• 異なる源タイプにわたる複数の観測された非対称性の組み合わせ確率を評価した。
• 統計的有意性の検定を用いて、観測された集積が偶然に起因する可能性を評価した。
• 地球の自転軸および公転軸との一致を、優先方向の兆候として評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3CRRサーベイに含まれる強力な延べられたクェーサーの天の川上に顕著な大規模な非等方的分布が存在するか？
• RQ2 このような非等方的分布が、ランダムな天の川上分布の統計的ゆらぎによって生じる確率はどの程度か？
• RQ3 なぜこれらの非等方的分布が、地球の自転と公転軸が定める平面上に一致しているのか？
• RQ4 これらの一致が、コペルニクスの原理または宇宙論的原理の違反を示唆する可能性はあるか？
• RQ5 これらの発見は、標準宇宙論モデルの基礎的仮定に挑戦するものか？

主な発見

• 3CRRサンプルに含まれる48個のクェーサーのうち33個が、春分点および北天極を通過する平面で定義される一方の半球に位置しており、顕著な非対称性を示している。
• このようなクェーサー数の不均衡が偶然に生じる確率はわずかに約1%であり、統計的に有意であると示唆している。
• FR1型電波銀河についても、約1/4が最初の半球に、残りが2番目の半球に位置しており、同様の方向的バイアスが見られる。
• クェーサーおよび電波銀河にわたるすべての観測された非対称性を組み合わせた場合、ランダム発生の確率は約2×10⁻⁵に低下する。
• 非等方的分布が地球の自転軸および公転軸と一致することは、宇宙論的原理の違反の懸念を喚起する。
• これらの発見は、宇宙に大規模な非一様性や優先方向が存在する可能性を示唆しており、宇宙論的スケールでの等方性の仮定に挑戦するものである。