[論文レビュー] The ESO Slice Project [ESP] galaxy redshift survey: V. Evidence for a D=3 sample dimensionality

Scaramella, R., Guzzo, L.+18 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ESOスライスプロジェクト（ESP）とアベル銀河団の空間的分布を、半径密度スケーリングを用いて分析し、3次元（D=3）のサンプル次元性に強い証拠を発見した。調査深度の制限やk補正の不確実性にもかかわらず、D≈2は5σ以上の有意水準で排除され、大スケールでの均一性という標準的宇宙論的仮定を支持する。

ABSTRACT

The issue of the approximate isotropy and homogeneity of the observable universe is one of the major topics in modern Cosmology: the common use of the Friedmann-Robertson-Walker [FWR] metric relies on these assumptions. Therefore, results conflicting with the ``canonical'' picture would be of the utmost importance. In a number of recent papers it has been suggested that strong evidence of a fractal distribution with dimension D~2 exists in several samples, including Abell clusters [ACO] and galaxies from the ESO Slice Project redshift survey [ESP].Here we report the results of an independent analysis of the radial density run,N(<R)~R^D, of the ESP and ACO data. For the ESP data the situation is such that the explored volume, albeit reasonably deep, is still influenced by the presence of large structures. Moreover, the depth of the ESP survey (z<0.2) is such to cause noticeable effects according to different choices of k-corrections, and this adds some additional uncertainty in the results. However, we find that for a variety of volume limited samples the dimensionality of the ESP sample is D~3, and the value $D = 2$ is always excluded at the level of at least five (bootstrap) standard deviations. The only way in which we reproduce D~2 is by both unphysically ignoring the galaxy k-correction and using Euclidean rather than FRW cosmological distances. In the cluster case the problems related to the choice of metrics and k-correction are much lessened, and we find that ACO clusters have D_{ACO} = 3.07 +- 0.18 and D_{ACO} = 2.93 +- 0.15 for richness class R \\geq 1 and R \\geq 0, respectively. Therefore D=2 is excluded with high significance also for the cluster data.

研究の動機と目的

• ESOスライスプロジェクト（ESP）銀河赤方偏移調査の空間次元性をテストし、大スケールでの均一性を評価すること。
• 先行研究が示唆するように、銀河の観測分布が次元D≈2のフラクタル構造と整合するかどうかを評価すること。
• k補正の不確実性や宇宙論的距離定義の違いが、推定される次元Dに与える影響の頑健性を調査すること。
• k補正の問題にあまり影響されないアベル銀河団カタログ（ACO）との比較を通じて、ESP銀河サンプルの結果を検証すること。
• 一部の研究で観測されたD≈2の次元性が、物理的に不適切なモデル選択の結果であるかどうかを特定すること。

提案手法

• 距離Rの関数としての銀河および銀河団の累積数密度N(<R)を測定し、スケーリング挙動N(<R) ∝ R^Dを評価すること。
• 選択効果を最小限に抑えるためにボリューム制限サンプルを用い、異なる赤方偏移範囲で統計的頑健性を確保すること。
• ブートストラップリサンプリング技術を用いて、推定された次元Dの不確実性および有意水準を推定すること。
• ユークリッド距離とフレドマン＝ロバートソン＝ウォーカー（FRW）宇宙論的距離の両方を用いて、計量の選択が与える影響を評価すること。
• k補正の仮定に依存するDの感度を検証するため、物理的（変更なし）k補正と物理的に不適切な無視されたk補正を比較すること。
• k補正効果が小さいため、より明確なテストケースを提供する、豊かさクラスR≥1およびR≥0のアベル銀河団カタログ（ACO）を分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ESP調査における銀河の空間的分布は、以前に示唆されたように次元D≈2のフラクタル構造と整合的か？
• RQ2 k補正の不確実性や宇宙論的距離定義の違いは、ESPサンプルの推定次元Dにどのように影響するか？
• RQ3 観測されたD≈2の次元性は、k補正を無視するような物理的に不適切なモデル選択によって再現可能か？
• RQ4 アベル銀河団カタログ（ACO）の次元Dは何か？また、これはD≈2仮説を支持するか、反証するか？
• RQ5 D=3の結果は、異なるサンプル選択や宇宙論的仮定に対してどの程度頑健か？

主な発見

• ESOスライスプロジェクト（ESP）銀河サンプルにおいて、さまざまなボリューム制限サンプルにおいて次元Dは一貫して約3に近い値が得られた。
• ブートストラップリサンプリングを用いた結果、D=2は少なくとも5標準偏差の有意水準で排除され、強い統計的反証が示された。
• D≈2が再現される唯一の状況は、k補正を物理的に不適切に無視し、FRW宇宙論的距離の代わりにユークリッド距離を使用した場合に限る。
• アベル銀河団カタログ（ACO）では、豊かさクラスR≥1に対してD_{ACO} = 3.07 ± 0.18、R≥0に対してD_{ACO} = 2.93 ± 0.15が得られ、両者ともD=3と整合的であった。
• k補正効果にあまり影響されないクラスタデータは、D=2が高信頼度で排除されることを強く独立して確認した。