[論文レビュー] New Constraint of the Hubble Constant by Proper Motions of Radio Components Observed in AGN Twin-jets

Wei-Jian Lu, Yi-Ping Qin|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、フリードマン＝ラマイトル＝ロバートソン＝ウォーカー宇宙論と幾何学的関係にのみ依拠する、モデルに依存しない新しい手法を提案し、活発銀河核（AGN）の二重ジェットにおける電波成分の固有運動を用いてハッブル定数（H₀）を制約する。NGC 1052の二重ジェットにおける対称的噴出速度を仮定することで、観測された最大固有運動から、H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹ の下限が導かれる。これは従来の距離階段やΛCDM仮定を回避する新しい独立した制約を提供する。

ABSTRACT

As the advent of precision cosmology, the Hubble constant ($H_0$) inferred from the Lambda Cold Dark Matter fit to the Cosmic Microwave Background data is increasingly in tension with the measurements from the local distance ladder. To approach its real value, we need more independent methods to measure, or to make constraint of, the Hubble constant. In this paper, we apply a plain method, which is merely based on the Friedman-Lema\^itre-Robertson-Walker cosmology together with geometrical relations, to constrain the Hubble constant by proper motions of radio components observed in AGN twin-jets. Under the assumption that the ultimate ejection strengths in both sides of the twin-jet concerned are intrinsically the same, we obtain a lower limit of the $H_{ m 0,min}=51.5\pm2.3\, m km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}$ from the measured maximum proper motions of the radio components observed in the twin-jet of NGC 1052.

研究の動機と目的

• 初期宇宙と後期宇宙におけるハッブル定数（H₀）の測定値の間の増大する矛盾を解消するため、独立的でモデルフリーな手法を開発すること。
• 従来の距離階段や標準のΛCDM宇宙論モデルに依存しない、H₀の新たな制約を提供すること。
• 相対論的ジェットの固有運動を用いて宇宙膨張を幾何学的に探査する可能性を検討すること。

提案手法

• この手法は、フリードマン＝ラマイトル＝ロバートソン＝ウォーカー（FLRW）計量と相対論的ジェット運動学を適用し、観測された固有運動を宇宙論的距離とH₀に関連付ける。
• 二重ジェット系の両側に本質的に対称的な噴出速度を仮定することで、固有運動の非対称性を用いてH₀を推定可能となる。
• 主な式は、赤方偏移zと approaching および receding 成分の固有運動の幾何平均の積からH₀を導出するものであり、H₀,min = z√(μₐμᵣ) となる。
• NGC 1052の二重ジェットからの観測最大固有運動を用いて、H₀の最もきつい下限を計算する。
• 宇宙論的パラメータに依存しないように、観測された運動学的データと幾何学的関係にのみ依拠する。
• 結果が先行研究や既存のH₀測定と一致することを確認し、一貫性と改善された制約が得られることを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNの二重ジェットにおける電波成分の固有運動は、モデルに依存しないハッブル定数の制約を提供できるか？
• RQ2 対称的噴出速度の仮定のもとで、NGC 1052のジェット固有運動から導けるH₀の最もきつい下限は何か？
• RQ3 この幾何学的手法は、標準的宇宙論的測定や標準ソナー、メーザーなどの他の独立手法と比較してどうか？
• RQ4 今後の二重ジェットのモニタリングによって、相対論的成分が検出されれば、H₀,min が真のH₀に近づく固定値に到達できるか？
• RQ5 この手法は他の近距離の銀河外二重ジェット源に対しても頑健に適用可能か？

主な発見

• 本研究では、NGC 1052の二重ジェットで観測された最大固有運動から、H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹ の下限が導出された。
• より分解能の高いジェット成分測定のおかげで、1999年のQinによる以前の下限H₀,min = 27 km s⁻¹ Mpc⁻¹ よりも顕著な改善が達成された。
• この手法はΛCDMモデルや従来の距離階段に依存せず、観測された固有運動と幾何学的宇宙論にのみ依拠する。
• この制約は、すべての既存のH₀測定と整合しており、それらが下限よりも高い値を示していることから、矛盾は生じない。
• 今後のNGC 1052および類似源のモニタリングにより、よりきつい制約が得られ、β → 1 に近い成分が検出されれば、H₀,min が真のH₀に近い値に固定される可能性があると予想される。
• この手法の妥当性は、対称的本質的噴出速度の仮定にかかっているが、NGC 1052のジェット成分における観測された対称性がこれを裏付けている。