[論文レビュー] Large SDSS quasar groups and their statistical significance

Changbom Park, Hyunmi Song+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、SDSS DR7カタログに含まれる大規模なクェーサー群を、変化するリンク長（LL）を用いたFriends-of-Friends（FoF）アルゴリズムで分析し、Clowesら（U1.27）が報告した統計的に最大のクェーサー群が、ランダムな点分布と著しく異なるわけではないことを明らかにした。LL = 70 h⁻¹ Mpcのとき、観測されたクェーサー群はランダムカタログとサイズ（92.4%の確率）および豊度（58.1%の確率）で一致しており、U1.27は物理的に一貫した構造ではなく、たまたま一致した構造である可能性が高いことが示唆された。

ABSTRACT

We use a volume-limited sample of quasars in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR7 quasar catalog to identify quasar groups and address their statistical significance. This quasar sample has a uniform selection function on the sky and nearly a maximum possible contiguous volume that can be drawn from the DR7 catalog. Quasar groups are identified by using the Friend-of-Friend algorithm with a set of fixed comoving linking lengths. We find that the richness distribution of the richest 100 quasar groups or the size distribution of the largest 100 groups are statistically equivalent with those of randomly-distributed points with the same number density and sky coverage when groups are identified with the linking length of 70 h-1Mpc. It is shown that the large-scale structures like the huge Large Quasar Group (U1.27) reported by Clowes et al. (2013) can be found with high probability even if quasars have no physical clustering, and does not challenge the initially homogeneous cosmological models. Our results are statistically more reliable than those of Nadathur (2013), where the test was made only for the largest quasar group. It is shown that the linking length should be smaller than 50 h-1Mpc in order for the quasar groups identified in the DR7 catalog not to be dominated by associations of quasars grouped by chance. We present 20 richest quasar groups identified with the linking length of 70 h-1Mpc for further analyses.

研究の動機と目的

• Clowesら（2013年）が報告した、宇宙で最大の構造とされるクェーサー群U1.27の統計的有意性を厳密に評価すること。
• 観測されたクェーサー群の性質（サイズおよび豊度）が、ランダムな点分布と整合するか、あるいは物理的クラスタリングを示唆するかを調査すること。
• SDSS DR7クェーサーカタログにおいて、物理的クラスタリングされたクェーサー系と偶然の一致を分ける臨界リンク長（LL）を特定すること。
• 均一なポアソン過程の帰無仮説モデルに対して検証することで、極大な大スケール構造の宇宙論的解釈を挑戦すること。
• リンク長の選択やクェーサーの低密度に敏感な群の性質を鑑み、大スケール構造を同定するにあたり、統計的に堅牢な手法の導入を提唱すること。

提案手法

• M_i ≤ -22.0 かつ赤方偏移範囲 0.03 ≤ z ≤ 3.5 の範囲で、SDSS DR7カタログの体積限定・スロープスコピックに確認されたクェーサー標本を用いる。
• 10〜100 h⁻¹ Mpcの範囲で変化するリンク長（LL）を用いて、Friends-of-Friends（FoF）アルゴリズムを適用し、クェーサー群を同定する。
• 観測されたクェーサー群のサイズおよび豊度分布を、同じ数密度および天の川カバー範囲を持つ1000個のランダム化点カタログと比較する。
• ランダムカタログでU1.27以上に大きな群や豊度の高い群が観測される確率を計算し、統計的有意性を評価する。
• クェーサー群が物理的クラスタリングされた系によって支配されるようになる臨界LL（≤50 h⁻¹ Mpc）を同定する。
• 均一な宇宙を模擬したモックカタログを用いて、観測された構造をランダムクラスタリングの帰無仮説モデルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイズが約870 h⁻¹ Mpc、クェーサーが73個ある大規模クェーサー群U1.27は、統計的に有意であるのか、それともたまたま一致した構造なのか？
• RQ2 クェーサー群が物理的クラスタリングされた系であることを保証するための臨界リンク長（LL）は何か？
• RQ3 観測されたクェーサー群のサイズおよび豊度分布は、同じ密度のランダム点プロセスから期待される分布とどのように異なるか？
• RQ4 観測された大規模クェーサー群の性質は、FoFアルゴリズムにおけるリンク長の選択にどの程度依存するか？
• RQ5 U1.27と同等の大きさの構造が、コスモロジカル・プリンシプルを破らない標準のΛCDMモデル内で説明可能か？

主な発見

• リンク長が70 h⁻¹ Mpcのとき、ランダムカタログでU1.27以上に大きなクェーサー群が観測される確率は92.4%であり、統計的有意性がないことを示している。
• ランダムカタログでU1.27より豊度の高い群（73メンバー）が観測される確率は58.1%であり、これも物理的にまれな構造ではないことをさらに示唆している。
• SDSS DR7カタログで観測された最大サイズおよび最大豊度のクェーサー群は、LL = 70 h⁻¹ Mpcのときランダム分布と著しく異なるわけではない。
• LL ≤ 50 h⁻¹ Mpcで同定されたクェーサー群は、統計的に物理的クラスタリングされた系によって支配されており、この閾値が物理的クラスタリングと偶然の一致を分ける境界であることを示している。
• U1.27クェーサー群は、非常に大きなリンク長によって接続された、より小さな物理的クラスタリングされたクェーサー系の連なりであると解釈すべきであり、一つの連続した構造ではない。
• 本研究は、リンク長の選択やクェーサー密度の低さに敏感な群の性質を鑑み、統計的検定を経ていないまま大スケール構造に宇宙論的結論を下すことを警告している。