[論文レビュー] Our Peculiar Motion Inferred from Number Counts of Mid Infra Red AGNs and the Discordance Seen with the Cosmological Principle

Ashok K. Singal|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用数 20

ひとこと要約

本研究は、0.28百万個のミッドインフラレッド活性銀河核（MIRAGN）の数え上げから太陽系の特異運動を推定し、CMBRの値（370 km s⁻¹）の4倍以上に相当する1,700 km s⁻¹の特異速度を示すダイポール非等方性を発見した。これは、方向がCMBRダイポールと2σ以内に一致するにもかかわらず、独立した調査から得られた結果の不一致は、宇宙論的原理に挑戦するものであり、おそらく宇宙に優勢な方向があるか、またはダイポールの原因が運動的要因ではない可能性を示唆している。

ABSTRACT

The dipole anisotropy in the Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) has given a peculiar velocity vector 370 km s$^{-1}$ along $l=264^\circ,b=48^\circ$. However, some other dipoles, for instance, from the number counts, sky brightness or redshift distributions in large samples of distant Active Galactic Nuclei (AGNs), have yielded values of the peculiar velocity many times larger than that from the CMBR, though surprisingly, in all cases the directions agreed with the CMBR dipole. Here we determine our peculiar motion from a sample of ~0.28 million AGNs, selected from the Mid Infra Red Active Galactic Nuclei (MIRAGN) sample comprising more than a million sources. From this, we find a peculiar velocity, which is more than four times the CMBR value, although the direction seems to be within $\sim 2\sigma$ of the CMBR dipole. A genuine value of the solar peculiar velocity should be the same irrespective of the data or the technique employed to estimate it. Therefore, such discordant dipole amplitudes, might mean that the explanation for these dipoles, including that of the CMBR, might in fact be something else. But, the observed fact that the direction in all cases, is the same, though obtained from completely independent surveys using different instruments and techniques, by different sets of people employing different computing routines, might nonetheless indicate that these dipoles are not merely due to some systematics, otherwise why would they all be pointing along the same direction. It might instead suggest a preferred direction in the Universe, implying a genuine anisotropy, which would violate the Cosmological Principle, the core of the modern cosmology.

研究の動機と目的

• ミッドインフラレッド活性銀河核（MIRAGN）の数え上げを用いて、太陽系の特異速度を特定すること。
• CMBRおよびAGNデータを含む独立した調査から得られる特異速度推定値の整合性を検証すること。
• 観測されたダイポール非等方性、特に矛盾する振幅だが一致する方向を示すものについて、宇宙論的原理の破綻を示唆するかを調査すること。
• CMBRのダイポールおよび他の宇宙ダイポールが、観測者の運動によるものではなく、宇宙の本質的非等方性によるものである可能性を評価すること。

提案手法

• 100万件を超えるMIRAGNのカタログから、0.28百万個のMIRAGNをサンプル選定した。
• ハマー＝アイトッフ投影を用いて、これらのAGNの天の川座標における天球分布をマッピングし、空間的非等方性を可視化した。
• 観測者の特異運動に起因すると仮定して、方向関数としての数え上げにおけるダイポール非等方性を定量化した。
• ダイポール振幅を用いて、関係式 D ∝ v/c を用いて特異速度ベクトルを推定した。ここで D はダイポール係数、v は特異速度である。
• 銀河平面の除外および調査の深さの変動に対する補正を施し、系統誤差を最小限に抑えた。
• CMBR、電波調査（NVSS、TGSS）、準星体サンプルと比較して、方向および振幅の整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系の特異速度は、CMBRおよびAGNの数え上げを含む、独立した宇宙調査で一貫しているか？
• RQ2 CMBRと比較して、AGNからのダイポール非等方性が方向が一致しているにもかかわらず、特異速度の振幅が著しく大きいのはなぜか？
• RQ3 異なる調査から得られるダイポールの共通の方向は、宇宙に真の優勢な軸があることを示唆するのだろうか？これは宇宙論的原理の破綻を意味するか？
• RQ4 ダイポール振幅の観測された不一致は、CMBRダイポールが運動的要因ではなく、初期状態または本質的起源である可能性を示唆するのか？
• RQ5 ダイポール非等方性が観測者の運動によるものではなく、大規模構造における宇宙的非等方性によるものである場合、宇宙論にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 0.28百万個のMIRAGNから推定された特異速度は1,700 km s⁻¹であり、CMBRの370 km s⁻¹の4倍以上に相当する。
• MIRAGNからのダイポールの方向は、CMBRダイポールの方向と約27°以内に一致しており、統計的不確実性の範囲内で一貫している。
• 独立したデータ、機器、分析手法にもかかわらず、CMBR、電波源、準星体、AGNを含むすべての主要なダイポール測定値が同じ方向を指しており、共通の起源を示唆している。
• CMBRダイポールとAGNダイポールの振幅の不一致は、既知の系統誤差では説明できないため、CMBRダイポールの運動的解釈に根本的な問題がある可能性を示唆している。
• 異なる振幅を持つにもかかわらず、複数の独立した調査でダイポールが一致していることから、CMBRダイポールが太陽系の特異運動によるものであるという仮定が疑われる。
• 結果は、宇宙論的原理の破綻を示唆しており、宇宙に優勢な方向があるか、または大規模構造における本質的非等方性がある可能性を示している。