[論文レビュー] On the quiescence of the Hubble flow in the vicinity of the Local Group

T. Ekholm, Yu. V. Baryshev+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2001

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、ローカル団銀のバリセンターから8 Mpc以内の銀河における正確なセフェイド距離を用いて、局所的ハッブルフローを分析する。速度分散は驚くべき低さの38 km s⁻¹であり、ハッブルフローが1.5 Mpcまで線形的かつ静穏であることを確認しており、これはローカル団銀の質量上限が約2×10¹² M☉であることを示唆し、宇宙定数またはクインテッセンス型のダークエネルギーを含む宇宙論的モデルを支持する。

ABSTRACT

Cepheid distances of local galaxies (<7 Mpc) are used to study the very nearby velocity field, as pioneered by Sandage (Sandage 1986) who also pointed out its remarkable properties: linearity and quietness. The new data show that the velocity dispersion in the distance range as seen from the barycentre of the Local Group 1-8 Mpc is as low as 38 km/sec. The local rate of expansion coincides with the global Hubble constant. Down to 1.5 Mpc we cannot detect a deviation from the linear Hubble flow. This puts an upper limit for the mass of the Local Group, for a wide class of Friedman models, including those with the cosmological constant.

研究の動機と目的

• 改良されたセフェイド距離測定を用いて、ローカル団銀の直近のハッブルフローの線形性と低分散を調査すること。
• 局所的なハッブル定数が、大規模な調査から導かれた全球的値と一致するかを検証すること。
• 1.5 Mpcまでのハッブルフローからのずれを分析することにより、ローカル団銀の質量を制限すること。
• 観測された静穏性が、宇宙定数または時間的に変化するダークエネルギー（クインテッセンス）を含む宇宙論的モデルに与える意味を評価すること。
• リヨン銀河外セフェイドデータベースからの径速度補正および距離データを用いて、ローカル団銀のバリセンター位置を精緻化すること。

提案手法

• ミルキーウェイから7 Mpc以内の14個の銀河について、リヨン銀河外セフェイドデータベースのセフェイド周期-絶対等級（PL）関係距離を用いた。
• 太陽系中心速度への補正を実施：まずローカル団銀の重心（ヤヒル補正）に、次にバービスティックフロー効果を除去するための補正を施した。
• M31と銀河の質量比が2:1であると仮定し、ローカル団銀のバリセンターからの距離を計算した。
• 補正済み径速度とバリセントリック距離を用いて、ハッブルフロー周りの速度分散σᵥを算出した。
• 観測されたハッブル図を、宇宙定数あり・なしのフレイドマンモデルと比較した。
• 銀河の所属関係の不確実性（例：IC1613）およびバリセンター位置の不確実性が速度分散推定に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローカル団銀のバリセンターから1.5 Mpcまでの距離まで、ハッブルフローは線形的かつ静穏のままであるか？
• RQ2 改良されたセフェイド距離を用いた場合、ハッブルフロー周りの局所的銀河の速度分散はどの程度か？
• RQ3 局所的なハッブル定数は、タリ−ファイアー関係や他の大規模指標から導かれた全球的値と比較してどうなるか？
• RQ4 観測されたハッブルフローの静穏性から、ローカル団銀の質量にどの程度の上限が導かれるか？
• RQ5 観測された低速度分散は、標準的な宇宙論的モデルで説明可能か、それともクインテッセンスのような特異なダークエネルギー成分を必要とするか？

主な発見

• ローカル団銀のバリセンターを中心とする1–8 Mpc範囲の銀河の速度分散は38 km s⁻¹と測定され、ハッブルフローの顕著な静穏性が確認された。
• 局所的なハッブル定数は、タリ−ファイアー関係から導かれた全球的値と10%以内で一致しており、H₀の普遍性を支持する。
• 1.5 Mpcまでに線形ハッブル則からの顕著なずれは検出されず、ハッブルフローがローカル団銀に非常に近い位置から始まることを示唆している。
• 観測された低速度分散は、標準的なフレイドマンモデルにおいてローカル団銀の質量上限が約2×10¹² M☉であることを示唆している。
• データは、標準的なCDMシミュレーションが予測する高い速度分散（150–700 km s⁻¹）とは一致せず、代替のダークエネルギーモデルの必要性を示唆している。
• 静穏なハッブルフローは、バーリシェフ他（2000）が提案したように、断熱的に減少する摂動を説明するための宇宙定数または時間的に変化するダークエネルギー（クインテッセンス）の兆候である可能性がある。