[論文レビュー] Search for correlations between COBE DMR and ROSAT PSPC All-Sky survey data

R. Kneißl, R. Egger+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 1996

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、COBE DMRのマイクロ波天球マップとROSAT PSPCのX線全天調査データをクロス相関させ、宇宙マイクロ波背景（CMB）と銀河間X線背景（XRB）の間の大スケール相関を検証する。7°–40°のスケールでは、銀河間相関は有意でなく、CMB揺らぎの約15%およびXRB揺らぎの約10%が上限である。一方、銀河平面の相関は四重極子スケールでのみ有意である。

ABSTRACT

Results from a cross-correlation analysis between the COBE DMR 4 year, and ROSAT PSPC All-Sky Survey data are presented. Statistical comparisons between microwave and X-ray maps can probe interesting astrophysical environments and processes, such as e.g. the Sunyaev-Zel'dovich effect in clusters of galaxies or the Integrated Sachs-Wolfe effect. In order to test the diffuse, extragalactic X-ray background as probed by ROSAT, against the COBE DMR large-scale CMB structure, our analysis was performed in most detail in a ROSAT selected region of the sky (40 deg < b, 70 < l < 250 deg) in an X-ray energy range with minimal Galactic structure and residual X-ray contamination. Comparing to other regions of the sky and neighbouring energies and frequencies, we find indication for a positive Galactic correlation on large scales. Removing a quadrupole term on a sky map with a Galactic cutout or related gradients in the selected regions leaves no correlations above a 1-sigma level on smaller angular scales. We conclude that there is no significant extragalactic correlation on scales for which the combined data are sensitive (7 deg - 40 deg) and that Galactic correlation is significant only on angular scales of the order of the quadrupole. In the context of removing large angular scale gradients we give results on best fit X-ray dipoles from various ROSAT data and discuss these with respect to the difficulty of finding a cosmological dipole. The lowest correlation upper limits we can place are about 15 % of COBE CMB fluctuations and about 10 % of the ROSAT extragalactic XRB fluctuations. We discuss these results with respect to possible correlation mechanisms.

研究の動機と目的

• COBE DMRの宇宙マイクロ波背景（CMB）とROSAT PSPCの銀河間X線背景（XRB）の間の相関を検証すること。
• クロス相関を通じて、サニャエフ＝ツェルドービッチ効果や統合サックス＝ウルフ効果のような天体物理学的メカニズムを調査すること。
• 特に四重極子項を含む大スケール銀河平面の前景が、宇宙論的信号を隠蔽または模倣する影響を評価すること。
• 7°–40°の角度スケールにおける、いかなる可能性のある銀河間相関の上限を特定すること。
• 前景汚染の影響と機器系の系在性を考慮した場合、X線データに宇宙論的ダイポールを検出可能かどうかを評価すること。

提案手法

• COBE DMR 4年間のマイクロ波天球マップとROSAT PSPC全天調査X線マップの間でクロス相関解析を実施する。
• 銀河平面構造と残留X線汚染が最小限であるとされる特定の銀経度選択領域（40° < b, 70° < l < 250°）に注目する。
• 銀河平面のカットアウトを施し、四重極子項を除去することで、小スケール相関を分離し、前景勾配を低減する。
• 異なるエネルギー帯域と天の領域で結果を比較し、一貫性と有意性を評価する。
• 統計的手法を用いて相関係数とその有意水準を計算し、1σ信頼水準での上限を設定する。
• さまざまなROSATデータサブセットからのX線ダイポールを分析し、宇宙論的検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 COBE DMRのCMB非均一性とROSAT PSPCの銀河間X線背景との間に、7°–40°の角度スケールで統計的に有意な相関があるか？
• RQ2 特に大スケールの四重極子が、クロス相関解析における見かけの相関にどの程度寄与しているか？
• RQ3 CMB揺らぎとX線背景揺らぎの間の潜在的銀河間相関の上限は何か？
• RQ4 前景汚染と機器系の系在性を考慮した場合、ROSATデータに宇宙論的X線ダイポールを信頼性高く検出できるか？
• RQ5 異なるエネルギー帯域と天の領域で結果がどのように異なるか、また、サニャエフ＝ツェルドービッチ効果や統合サックス＝ウルフ効果のような物理的相関メカニズムに何を示唆しているか？

主な発見

• 7°–40°のスケールでは、COBE DMR CMB揺らぎとROSAT PSPC X線背景揺らぎの間で顕著な銀河間相関は認められない。
• 最高の相関上限はCMB揺らぎの約15%であり、ROSAT銀河間XRB揺らぎの約10%である。
• 銀河平面の相関は、特定に四重極子項のレベルでのみ有意である。
• 四重極子項を除去し、銀河平面カットアウトを施すことで、小スケールでは1σ水準を超える有意な相関はすべて消失する。
• 解析により、特に銀河構造に起因する大スケール勾配が、観測されたクロス相関信号を支配しており、潜在的な宇宙論的信号が隠蔽されていることが明らかになった。
• ROSATデータからの最良適合X線ダイポールは、ノイズレベルと整合的であり、X線背景に宇宙論的ダイポールが明確に検出されたとは言えない。