[論文レビュー] Kinematics of the Local Universe. X. H_0 from the inverse B-band Tully-Fisher relation using diameter and magnitude limited samples

T. Ekholm, P. Teerikorpi+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、KLUN調査から得た5,171個の渦巻銀河の直径および等級制限サンプルに、逆BバンドTully-Fisher関係を適用することでハッブル定数H₀を導出している。逆関係は、均一な銀河分布に対してH₀ ≈ 50 km/s/Mpcをもたらし、サンデージらが長年にわたり提唱した低H₀値と整合的である。これは、新たに同定された標準星選択バイアスによって、以前の不一致が解消されたものである。

ABSTRACT

We derive the value of H_0 using the inverse diameter and magnitude B-band Tully-Fisher relations and the large all-sky sample KLUN (5171 spiral galaxies). Our kinematical model was that of Peebles centered at Virgo. Our calibrator sample consisted of 15 field galaxies with cepheid distance moduli measured mostly with HST. A straightforward application of the inverse relation yielded H_0\approx 80 km/sec/Mpc for the diameter relation and H_0\approx 70 km/sec/Mpc for the magnitude relation. H_0 from diameters is about 50 percent and from magnitudes about 30 percent larger than the corresponding direct estimates (cf. Theureau et al. 1997b). This discrepancy could not be resolved in terms of a selection effect in log V_max nor by the dependence of the zero-point on the Hubble type. We showed that a new, calibrator selection bias (Teerikorpi et al. 1999), is present. By using samples of signicificant size (N=2142 for diameters and N=1713 for magnitudes) we found for a homogeneous distribution of galaxies (alpha=0) H_0\approx 50 km/sec/Mpc for both the diameters and magnitudes. Also H_0's from a fractal distribution of galaxies (decreasing radial number density gradient alpha=0.8) agree with the direct predictions. This is the first time when the inverse Tully-Fisher relation clearly lends credence to small values of the Hubble constant H_0 and to long cosmological distance scale consistently supported by Sandage and his collaborators.

研究の動機と目的

• 大規模な直径および等級制限銀河サンプルに逆BバンドTully-Fisher関係を適用してハッブル定数H₀を決定すること。
• 逆Tully-Fisherと直接Tully-FisherによるH₀推定値の間にある乖離、特に逆関係で観測される30–50%の過大評価の原因を調査すること。
• 逆Tully-Fisher関係から得られるH₀推定値に、銀河分布モデル（均一 vs. フラクタル）の仮定が与える影響を評価すること。
• 逆Tully-Fisher法によるH₀推定値に影響を及ぼす、以前に認識されていなかった標準星選択バイアスを同定し、是正すること。
• 逆Tully-Fisher結果が、サンデージらおよび共同研究者らが長年にわたり提唱した低H₀値と整合することを確認すること。

提案手法

• 5,171個の渦巻銀河からなるKLUN全天サンプルを用い、距離指標としてBバンド等級と視直径の両方を用いて逆Tully-Fisher関係を適用した。
• Virgo銀河団を中心とする運動論的モデルを用い、局所的特異速度をPeeblesの枠組みに従って補正した。
• HSTで確認されたセフェイド距離モジュラスを有する15個のフィールド銀河を用いて、逆Tully-Fisher関係のゼロポイントを校正した。
• 2つの銀河分布モデルを検討した：均一分布（α = 0）と半径方向数密度が減少するフラクタル的分布（α = 0.8）。
• Hubble型およびlog V_maxの選択が逆関係のゼロポイントに与える影響を定量的に評価し、系統的バイアスの有無をテストした。
• Teerikorpiら（1999）が同定した、逆Tully-Fisher応用においてH₀推定値を歪め続けていた、新たな標準星選択バイアスを同定し、是正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ逆Tully-Fisher関係は直接関係よりも系として高いH₀値をもたらすのか？ そしてこの乖離は解消可能か？
• RQ2 銀河空間的分布の仮定（均一 vs. フラクタル）が、逆Tully-Fisher関係からのH₀推定値に与える影響は何か？
• RQ3 逆Tully-Fisher法によるH₀推定値に、標準星サンプルの選択が与えるバイアスの程度はどの程度か？
• RQ4 逆Tully-Fisher関係は、サンデージらが提唱したように、一貫して低H₀値を支持できるか？
• RQ5 Hubble型またはlog V_maxの分布が、逆Tully-Fisherゼロポイントに系統的オフセットを引き起こす役割を果たすか？

主な発見

• 直径制限サンプルに逆Tully-Fisher関係を適用するとH₀ ≈ 80 km/s/Mpc、等級制限サンプルではH₀ ≈ 70 km/s/Mpcが得られ、直接推定値よりも顕著に高い値となった。
• 均一な銀河分布（α = 0）の下では、直径および等級ベースの逆Tully-Fisher関係が両方ともH₀ ≈ 50 km/s/Mpcに収束した。
• 半径方向数密度勾配（α = 0.8、フラクタル的）を考慮した場合、両関係からのH₀推定値は直接予測と一致し、低H₀値を支持した。
• 逆Tully-Fisherと直接Tully-FisherのH₀推定値の乖離は、逆関係のゼロポイントに影響を与える新たな標準星選択バイアスを同定することで解消された。
• 本研究は、等級および直径両サンプルにおいて、逆Tully-Fisher法を用いて低H₀値（≈50 km/s/Mpc）を一貫して支持する初の証拠を提供した。
• 本研究は、選択バイアスを是正し、適切な分布モデルを適用した場合、逆Tully-Fisher関係がサンデージおよび共同研究者らが長年にわたり提唱した長年の宇宙距離スケールと整合することを確認した。