[論文レビュー] Testing statistical significance of large quasar groups with sheets model of large scale structure

Sergey Pilipenko, Alexander Malinovsky|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2013

Geochemistry and Geologic Mapping被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、大規模クェザー銀河団U1.27の統計的有意性を検証し、ポisson分布したクェザー場におけるランダムな揺らぎと著しく異なるものではないと主張している。SDSS DR7およびDR8データを用いて最小スパニングツリー（MST）および凸包法を適用した結果、このような団が偶然に生じる確率は1.4％（2.45σ）であり、モデルに基づくシミュレーションでは、シート状の大規模構造を通したパーコレーションが、宇宙論的有意性を示さない極端な集積を模倣することが分かった。

ABSTRACT

We argue that the largest group of quasars (LQG) U1.27 discovered by Clowes et al. (2013) in the SDSS DR7 catalogue does not contradict the hypothesis of Poisson distribution of quasars. We found that random catalogues with the same shape and number of QSOs as the real sample may contain groups which resemble U1.27. By simulating quasar catalogues with embedded model of the large scale structure we also found that the size of LQGs selected by MST and similar methods does not correspond to the scale of homogeneity of the Universe and can be explained by the percolation process.

研究の動機と目的

• 報告された1240 Mpcの構造とされる大規模クェザー銀河団U1.27が、統計的に有意であるか、それともランダムな揺らぎにすぎないかを検証すること。
• U1.27における観測された集積が、ΛCDMモデルが予測する均質性のスケールと矛盾するかどうかを評価すること。
• スパarsなクェザー調査における大規模構造を検出するMSTに基づく集積手法の頑健性を評価すること。
• 構造的で大規模な環境におけるパーコレーション効果が、ランダムカタログにおいて極端な集積を模倣できるかどうかを調査すること。
• SDSS DR7およびDR8クェザーカタログ間の赤方偏移測定の違いを考慮した上で、両カタログの結果を比較すること。

提案手法

• SDSS DR7およびDR8クェザー・カタログにおいて、明るさおよび赤方偏移のカット（i ≤ 19.1、0.8 < z < 1.9）を適用し、最小スパニングツリー（MST）法を用いてクェザー団を同定した。
• 一定の数密度を維持するために、角度座標を保持したままランダムな赤方偏移を割り当て、擬似乱数生成器を用いて10,000個のランダムカタログを生成した。
• メンバー球の凸包（CHMS）法を用いて団の体積を推定し、質量で正規化した（V_CHMS = 73V/M）ことで、統計的比較を可能にした。
• Zel’dovichパンケイクにインspiredした、半径R、平均間隔D、シートに垂直な方向にガウス分布したずれqをもつ、ランダムに配置された方向を持つシート状の大規模構造モデルを構築した。
• 埋め込まれたシート構造を持つクェザー・カタログをシミュレートし、その結果得られるLQG統計をポアソン分布したカタログおよび実際のデータと比較した。
• パーコレーション閾値を計算し、ランダムおよび構造的カタログ間でリンク長の関数としてLQGの数を比較することで、実際の構造を示す系統的シフトを検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDSS DR7クェザー・カタログのランダム実現に対してテストした場合、U1.27クェザー団の統計的有意性は何か？
• RQ2 U1.27の観測されたサイズおよび質量は、ΛCDMモデルが予測する均質性のスケールを超過しているか？
• RQ3 MSTに基づく集積アルゴリズムが、多重接続された大規模構造を通したパーコレーションによって、人工的な大規模構造を検出する程度はどの程度か？
• RQ4 SDSS DR7およびDR8間の赤方偏移測定の違いが、U1.27団の同定および有意性に与える影響は何か？
• RQ5 シート状の大規模構造モデルは、宇宙論的に有意な過密度を要しないまま、極端なLQGの出現を説明できるか？

主な発見

• ランダムカタログ内でU1.27と同程度に大きく、質量の大きな団が得られる確率は1.4％（2.45σ）であり、Clowesら（2013）が主張した3.81σよりも顕著に低い。
• シート状の大規模構造モデルを考慮に入れると、確率は2.8％（2.2σ）に上昇するが、依然として元の有意性推定よりも顕著に低い。
• U1.27団の幾何学的およびトポロジカル特性（例えば2L = 553 Mpc、L_trunk = 2390 Mpc、V_CHMS = 1.02×10⁸ Mpc³）は、ランダムクラスタ分布の1–2σの範囲内にある。
• DR8カタログでは、同じリンク長でU1.27に一致する有意な団は検出されず、最初に同等の団が現れるのはℓ = 101 Mpcのときであり、それはU1.27と一致しない。
• DR7とDR8間の赤方偏移の違いにより、平均距離のずれ⟨Δr⟩ = -2.8 Mpc（σ = 6.6 Mpc）が生じ、個々のずれは最大で-20.8 Mpcに達しており、赤方偏移測定の精度に極めて敏感であることが示された。
• クェザーの数密度が高くなる（n = 4×10⁻⁶ Mpc⁻³）と、シートモデルはM > 700でサイズが>15D（>1275 Mpc）のLQGを7σ以上の有意性で予測するが、これらは均質性スケールの宇宙論的意義を示すものではなく、パーコレーションに起因するアーティファクトである。