[論文レビュー] The Concerning S$H_0$ES Hubble Constant

D. Majaess|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、S$H_0$ESが提示するハッブル定数測定値（$H_0 \approx 73$ km/s/Mpc）の妥当性に疑問を呈し、18年間にわたるデータにもかかわらず、セフェイドの光度測定、金属量補正、NGC4258までの距離推定に根強い不一致が生じ続けていることから、真のハッブル・トランシェンス（Hubble tension）の主張が揺らぐと主張している。確認バイアスや解明されていない系誤差を回避するため、HSTのセフェイド画像を独立的かつブラインドで再分析するよう呼びかけている。

ABSTRACT

Concerns are raised regarding the S$H_0$ES results, and the present $H_0$ controversy. The S$H_0$ES $H_0 \simeq 73$ km/s/Mpc has remained relatively unaltered across $18$ years (2005-2023), despite marked shifts in maser and Cepheid distances to the keystone galaxy NGC4258 (M106), and changes in the slope, zeropoint, metallicity, and extinction terms tied to the Leavitt Law, and notwithstanding uncertain photometry for remote Cepheids spanning galaxies with highly inhomogeneous crowding and surface brightness profiles. Concerns raised regarding the S$H_0$ES findings by fellow researchers are likewise highlighted. An independent blind assessment of the entire suite of raw HST Cepheid images is warranted, while being mindful of extit{a priori} constraints and confirmation bias that unwittingly impact conclusions.

研究の動機と目的

• セフェイド距離測定における継続的な不一致のなかで、S$H_0$ESによる$H_0 \approx 73$ km/s/Mpcの測定の信頼性を疑問視すること。
• レヴィット法則における未解決の問題、特にゼロポイント、勾配、金属量依存性の変動が$H_0$補正に与える影響を強調すること。
• 特に高表面輝度領域における光度測定の汚染と混在の影響を、銀河間セフェイド観測において強調すること。
• 確認バイアスや事前の制約を回避するため、すべての原始的HSTセフェイド画像の独立的かつブラインドな再評価を呼びかけること。
• CMBおよびセフェイドに基づく$H_0$推定値に合意が得られていないこと、そして継続的な系誤差が存在することを踏まえ、ハッブル・トランシェンスの主張の妥当性を疑問視すること。

提案手法

• Huchraデータベースから歴史的な$H_0$推定値を分析し、$H_0$測定値に長年の不確実性と不安定性が存在することを同定する。
• HSTデータを用いたNGC4258へのセフェイド距離測定の不一致をレビューし、Maozら（1999年）、Newmanら（2001年）、Macriら（2006年）の結果の相違を検討する。
• LMC、SMC、銀河系、NGC4258のデータを用いて、異なる金属量におけるレヴィット法則の勾配とゼロポイントを評価する。
• 赤クラウド巨星からの光度測定汚染および密集した領域が銀河間セフェイド光度測定に与える影響を評価する。
• S$H_0$ESの結果をTRGB法およびセフェイド法による他の$H_0$推定値（例：Freedman & Madore, 2023a）と比較し、CMB結果と一致する傾向を強調する。
• 確認バイアスおよび系誤差を回避するため、すべての原始的HSTセフェイド画像のブラインドかつ偏りのない再分析を提言する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 18年間（2005–2023年）にわたり、NGC4258へのメーザーおよびセフェイド距離測定が進化しているにもかかわらず、なぜS$H_0$ESの$H_0$値はほぼ変わらずに~73 km/s/Mpcのままであるのか？
• RQ2 遠方セフェイドのHST画像における光度測定汚染と混在の影響が、$H_0$推定値の正確性をどの程度損なっているのか？
• RQ3 異なる研究で得られたレヴィット法則のパrameter（勾配、ゼロポイント、金属量依存性）の不一致が、$H_0$補正の一貫性にどの程度影響を与えているのか？
• RQ4 観察されたハッブル・トランシェンスは、未解決の系誤差の結果であるのではなく、新しい物理学の兆候であるとみなせるのか？
• RQ5 金属量、減光、ブレンドのデゲネラシーが、NGC4258 やセヌス・Aのような銀河におけるセフェイド距離測定に与える影響は何か？

主な発見

• S$H_0$ESによる$H_0$推定値（~73 km/s/Mpc）は、2005年から2023年までの18年間でほとんど変化していないが、これに対してNGC4258へのメーザーおよびセフェイド距離測定は顕著に変化している。
• NGC4258へのセフェイド距離測定では、2つのHSTフィールド間で0.16 magのずれが認められ、顕著なフィールド間変動および汚染の可能性を示している。
• 金属量が低い環境（例：大・小マゼラン雲）におけるセフェイドのレヴィット法則の勾配（$\alpha$）は$-3.3$と報告されているが、これはS$H_0$ESの初期の主張（近い太陽系金属量で$-2.98 \pm 0.07$）と矛盾している。
• S$H_0$ESチームは、NGC3021のセフェイドに対して当初$\alpha = -2.60 \pm 0.24$としていたが、後に$\alpha \simeq -3.3$に見直しており、自らの補正アプローチに一貫性がないことを示唆している。
• Macriら（2006年）は、金属量依存のゼロポイント（$\gamma = -0.29 \pm 0.09$ mag/dex）を提唱したが、Majaess（2010年）らの報告では$W_{VI}$関数が金属量にほとんど依存しないという証拠と矛盾している。
• TRGB法を用いた他の$H_0$推定値（例：Freedman & Madore, 2023a）はCMB結果と一致しており、S$H_0$ESの$H_0$が未解明の系誤差により高めに偏っている可能性を示唆している。