[論文レビュー] The extended ROSAT-ESO Flux-Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) V. Exploring a local underdensity in the Southern Sky

H. Boehringer, Gayoung Chon+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、REFLEX II X線銀河団サーベイを用いて南天の大型構造をマッピングし、赤方偏移 z = 0 から 0.04 の範囲で 30–40% の銀河団密度の低減を発見した。その有意水準は 3.4σ 以上であり、低減は南黄道脚に局在しており、等方的ではなく、宇宙の加速をダークエネルギーを用いずに説明する大規模な球形空洞を要求するモデルに反する。

ABSTRACT

Several claims have been made that we are located in a locally underdense region of the Universe based on observations of supernovae and galaxy density distributions. Two recent studies of K-band galaxy surveys have provided new support for a local underdensity in the galaxy distribution out to distances of 200 - 300 Mpc. If confirmed, such large local underdensities would have important implications on the interpretation of local measurements of cosmological parameters. Galaxy clusters have been shown to be ideal probes to trace the large-scale structure of the Universe. In this paper we study the local density distribution in the southern sky with the X-ray detected galaxy clusters from the REFLEX II cluster survey. From the normalized comoving number density of clusters we find an average underdensity of ~30 - 40% in the redshift range out to z ~0.04 (~170 Mpc) in the southern extragalactic sky with a significance larger than 3.4sigma. On larger scales from 300 Mpc to over 1 Gpc the density distribution appears remarkably homogeneous. The local underdensity seems to be dominated by the South Galactic Cap region. A comparison of the cluster distribution with that of galaxies in the K-band from a recent study shows that galaxies and clusters trace each other very closely in density. In the South Galactic Cap region both surveys find a local underdensity in the redshift range z= 0 to 0.05 and no significant underdensity in the North Galactic Cap at southern latitudes. Our results to not support cosmological models that attempt to interpret the cosmic acceleration by a large local void, since the local underdensity we find is not isotropic and limited to a size significantly smaller than 300 Mpc radius.

研究の動機と目的

• REFLEX IIサーベイを用いて南銀河外天の大型構造の密度分布を評価すること。
• 銀河団分布における局所的低減が、ダークエネルギーを用いずに宇宙の加速を説明する大規模な空洞によって説明可能であるという代替宇宙論的モデルをテストすること。
• Kバンドサーベイからの銀河密度と比較することで、銀河団と銀河が同じ大型構造をトレースしているかどうかを評価すること。
• いかなる局所的低減のサイズ、有意水準、空間的広がりを定量化し、宇宙論的パラメータ推定への影響を評価すること。
• 観測された低減が、ダークエネルギーを用いずに超新星データを説明するために提案された最小空洞モデルの要件を満たしているかどうかを評価すること。

提案手法

• 南銀河外天をカバーする拡張された ROSAT-ESO Flux-Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) のフラックス制限付きX線銀河団サンプルを用いた。
• 赤方偏移のビン（z ≈ 0.3 まで）における正規化された共動距離数密度を測定し、大型構造をマッピングし、均一性からの逸脱を特定した。
• 統計的検定を用いて低減の有意水準を計算し、信頼性の高い検出のための有意水準閾値を >3.4σ とした。
• クラスターバイアスモデル（バイアス係数 2.5–3）を適用し、観測されたクラスターバイアス低減から、潜在的な物質密度欠損を推定した。
• Whitbourn & Shanks (2014) や他のサーベイからのKバンド銀河データとクラスターデータの分布を比較し、大型構造のクロストレーシングを評価した。
• 北半球と南半球の黄道脚における空間的分布を分析し、低減の非等方性と方向依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 南天のX線検出銀河団の分布に顕著な局所的低減が存在するか？
• RQ2 観測されたクラスターバイアス低減は、対応する物質分布における低減を示唆するのか？その低減はどの程度の大きさか？
• RQ3 低減は等方的か、それとも特定の領域（例えば南黄道脚）に限定されているか？
• RQ4 銀河団とKバンド銀河は、南天で同じ大型構造の密度フラクチュエーションをトレースしているか？
• RQ5 観測された低減は、ダークエネルギーを用いずに宇宙の加速を説明するための宇宙論的空洞モデルと整合するか？

主な発見

• 南銀河外天の赤方偏移範囲 z = 0 から 0.04 において、X線検出銀河団の共動距離数密度に 30–40% の顕著な低減が確認され、有意水準は 3.4σ 以上であった。
• 低減は南黄道脚に強く局在しており、北黄道脚では観測されないため、大型構造における非等方性が示された。
• クラスターバイアス低減は、クラスターバイアス（b ≈ 2.5–3）を補正した後、潜在的な物質分布に約15%の低減を示唆している。
• ΛCDM宇宙論を仮定した場合、この領域における局所的ハッブル定数は宇宙平均より約3%高いと推定された。
• 観測された低減は、宇宙の加速を説明するために半径約300 Mpcの球形空洞を必要とする最小空洞モデルを満たすには小さく、非等方的である。
• 南天における銀河とクラスターデータの分布は、同じ密度フラクチュエーションをトレースしており、両方のサーベイとも南黄道脚で約40%の低減を示し、北黄道脚には顕著な欠損は認めなかった。