[論文レビュー] Search for a distance-dependent Baryonic Tully-Fisher Relation at low redshifts

N. Krachmalnicoff, S. Desai|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2022

Stochastic processes and statistical mechanics参考文献 35被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、Alestasら（2021年）が報告した9 Mpcおよび17 MpcにおけるバリオンTully-Fisher関係（BTFR）における3–4σの不一致を再評価し、BTFRの勾配と正規化を距離に依存する関数としてモデル化することで検証する。距離に依存するBTFRモデルと、自由および固定された内在散乱を用いたサブサンプル比較により、統計的に有意なずれは認められず、両パラメータは僅かに（2σ以内）変動し、すべての距離でサブサンプルのフィットは一貫しており、D < 17 Mpcサブサンプルでのわずかな1.75σの不一致を除いては、距離依存の変化は認められない。

ABSTRACT

A recent work (arXiv:2104.14481) has found a statistically significant transition in the Baryonic Tully-Fisher relation (BTFR) using low redshift data ($z<0.1$), with the transitions occurring at about 9 and 17 Mpc. Motivated by this finding, we carry out a variant of this analysis by fitting the data to an augmented BTFR, where both the exponent as well as normalization constant vary as a function of distance. We find that both the exponent and normalization constant show only a marginal variation with distance, and are consistent with a constant value, to within $2\sigma$. We also checked to see if there is a statistically significant difference between the BTFR results after bifurcating the dataset at distances of 9 and 17 Mpc. We find that almost all the sets of subsamples obey the BTFR with $\chi^2$/dof close to 1 and the best-fit parameters consistent across the subsamples. Only the subsample with $D<17$ Mpc shows a marginal discrepancy (at $1.75\sigma$) with respect to the BTFR. Therefore, we do not find any evidence for statistically significant differences in the BTFR at distances of 9 and 17 Mpc.

研究の動機と目的

• Alestasら（2021年）が報告した9 Mpcおよび17 MpcにおけるバリオンTully-Fisher関係（BTFR）の3–4σの不一致の統計的有意性を検証すること。
• 距離に依存するモデルを用いて、BTFRパラメータ（勾配と正規化）が距離とともに滑らかに変化するかどうかを調査すること。
• 9 Mpcおよび17 Mpcにおけるサブサンプルの不一致が、系統的要因によって引き起こされているのか、それとも統計的に頑健な不一致なのかを評価すること。特に、固定および自由な内在散乱を用いて再分析すること。

提案手法

• 勾配（s）と切片（b）を距離の線形関数としてモデル化する距離依存BTFRモデルを適合：y = (sD + c)x + (bD + e)，ここで y = ln(MB)，x = ln(v)。
• 対数空間における対数尤度最大化を用いて、距離の関数としての最適適合パラメータ（勾配と正規化）を推定する。
• 9 Mpcおよび17 Mpcで二分された4つのサブサンプルに対して、χ²/dofおよびp値分析を実施し、統計的整合性をテストする。
• Alestas ら（2021年）と同様に、内在散乱を0.077に固定し、自由な内在散乱の場合と結果を比較する。
• Cowan ら（2011年）の有意性テストの手続きを用いて、サブサンプルのフィットにおける不一致を評価する。
• p値とχ²/dofを用いて、フィットの良さおよびサブサンプル間の統計的不一致を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 9 Mpcおよび17 Mpcにおける報告されたBTFRパラメータの3–4σの不一致は、統計的に有意なのか、それともフィッティング手法に起因するものなのか？
• RQ2 BTFRの勾配と正規化は、1–130 Mpcの範囲で滑らかに距離に依存して変化するのか？
• RQ3 内在散乱を固定または自由パラメータとして扱った場合、9 Mpcおよび17 Mpcにおけるサブサンプルの観測不一致は頑健なのか？
• RQ4 D < 17 Mpcサブサンプルにおけるわずかな不一致は、重力の物理的変化ではなく、考慮されていない系統的要因に起因している可能性はないか？
• RQ5 データは、Alestas ら（2021年）が提案した有効なニュートン定数の変化を支持しているのか？

主な発見

• 最適適合の距離依存勾配（s）と切片（b）は、距離に伴いわずかに変動するのみで、s = −0.0078 ± 0.0054 および b = 0.02 ± 0.012 であり、2σ以内で変化がないことと整合的である。
• 9 Mpcおよび17 Mpcで二分された4つのサブサンプルすべてにおいて、内在散乱が自由な場合、χ²/dof < 1 かつp値は1に近く、統計的不一致は認められない。
• 内在散乱を0.077に固定した場合、D < 17 Mpcサブサンプルのp値は0.043（1.75σの不一致）であるが、これはわずかなものであり、実際の不一致の強力な証拠とは言えない。
• 内在散乱が自由または固定のどちらのケースでも、すべてのサブサンプルで最適適合BTFRパラメータは1σ以内で一貫している。
• 著者らは、9 Mpcおよび17 MpcにおけるBTFRに統計的に有意な差異の証拠を発見できず、Alestas ら（2021年）が報告した>3σの不一致を裏付けることはできない。
• D < 17 Mpcサブサンプルにおけるわずかな不一致は、重力やGの物理的変化ではなく、考慮されていない系統的要因に起因している可能性が高い。