[論文レビュー] Physical Evidence for Dark Energy

Ryan Scranton, Connolly, A. J.+18 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 54

ひとこと要約

本論文は、スローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）の明るい赤い銀河（LRG）とウィルキンソン・マイクロ波アンイソトロピー探査機（WMAP）の宇宙マイクロ波背景（CMB）マップの相互相関を通じて、晩期の統合サックス＝ホルツァイド（ISW）効果を検出することにより、ダークエネルギーの物理的証拠を提示している。z∼0.49のサンプルにおいて、大スケールで非色分散的かつ正の相関が99%の信頼水準で検出された。これは、平坦宇宙におけるダークエネルギーの独立的で物理的な裏付けを提供する。

ABSTRACT

We present measurements of the angular cross-correlation between luminous red galaxies from the Sloan Digital Sky Survey and the cosmic microwave background temperature maps from the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. We find a statistically significant achromatic positive correlation between these two data sets, which is consistent with the expected signal from the late Integrated Sachs-Wolfe (ISW) effect. We do not detect any anti-correlation on small angular scales as would be produced from a large Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect, although we do see evidence for some SZ effect for our highest redshift samples. Assuming a flat universe, our preliminary detection of the ISW effect provides independent physical evidence for the existence of dark energy.

研究の動機と目的

• 晩期の統合サックス＝ホルツァイド（ISW）効果を用いて、ダークエネルギーの独立的で物理的な証拠を提供すること。
• 大規模銀河分布とCMB温度非一様性の間の相互相関の宇宙論的起源を検証すること。
• 多周波数WMAPデータを用いて、ISW効果と、サニャエフ＝ツェルドビッチ（SZ）効果などの競合信号を区別すること。
• 観測された相互相関の振幅が、銀河バイアスとダークエネルギーの理論的モデルと整合するかを評価すること。

提案手法

• SDSS（z∼0.3–0.8）の写真赤方偏移選別銀河（LRG）と、Q、V、W周波数帯におけるWMAP CMB温度マップを相互相関させた。
• バッキング・リサンプリングを用いて共分散行列を推定し、帰無仮説とのモデル適合のためのχ²統計量を計算した。
• 相互相関関数を、重力ポテンシャルの時間的変化と熱い電子圧力に基づく理論的形態から導出したISWおよびSZ寄与の和としてモデル化した。
• 伝達関数と径方向距離を含むISWカーネル関数を用い、フィッティング対象のパラメータとしてb̄（銀河バイアス）とT̄ₑbₚ（電子圧力加重平均）を設定した。
• 球面調和分解とマップ処理のためのHEALPixを用い、全天空相互相関解析を可能にした。
• リサンプリングに基づく誤差推定を用いて、モデルと帰無仮説とのΔχ²を評価し、信頼水準を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDSS LRGとWMAP CMBマップの間には、晩期ISW効果に一致する統計的に有意で、色分散のない大スケールの相互相関が存在するか？
• RQ2 観測された信号は、小スケールで負の相関を示すサニャエフ＝ツェルドビッチ（SZ）効果と区別できるか？
• RQ3 相互相関の振幅と赤方偏移依存性は、ダークエネルギーを有する平坦宇宙を支持するか？
• RQ4 フィッティングされたパラメータb̄とT̄ₑbₚは、銀河バイアスと熱的電子圧力の理論的期待値と一致するか？

主な発見

• z∼0.49のLRGサンプルにおいて、ISW効果は99%の信頼水準で検出され、自由度2のΔχ² = 9.1であった。
• ISW信号は、SZ寄与よりも一貫して強く、後者は低次元の寄与ではあるが、最高赤方偏移ビンでは検出可能であった。
• z∼0.49のサンプルでは、最良適合銀河バイアスb̄は5.47 ± 1.82、電子圧力加重平均T̄ₑbₚは0.15 ± 0.61であった。
• 15回の相互相関のうち14回（5つのWMAPマップを持つ3つの最高赤方偏移サンプル）において、ジャックナイフ共分散を用いた場合、物理的モデルは帰無仮説を95%以上の信頼水準で上回った。
• Q、V、Wバンド間で信号が色分散的でないことは、その宇宙論的起源を確認し、系誤差を除外する。
• 結果は予測されたISW効果と整合しており、平坦宇宙におけるダークエネルギーの存在を支持する独立的で物理的な証拠を提供する。