[論文レビュー] The Homogeneity Scale of the universe

P. Ntelis|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 0.43 < z < 0.7 の BOSS CMASS 銀河サンプルを用いて、正規化された球内数推定器とフラクタル相関次元を用いて、宇宙の均質性スケールを測定し、宇宙の均質性が 𝒪(RH) = 64.3 ± 1.6 h⁻¹ Mpc 以上のスケールで現れることを明らかにした。これは、宇宙論的原理を確認し、ΛCDM モデルが 1% の精度で妥当であることを裏付けている。この結果は ΛCDM の予測と整合的であり、宇宙の時間経過に伴う均質性の変化を示している。

ABSTRACT

In this study, we probe the cosmic homogeneity with the BOSS CMASS galaxy sample in the redshift region of $0.43 &lt; z &lt; 0.7$. We use the normalised counts-in-spheres estimator $\mathcal{N}(

研究の動機と目的

• 宇宙が均質になるスケールを測定することで、宇宙論的原理を検証すること。
• 銀河クラスタリング統計を用いて、大規模構造の観測が ΛCDM モデルとどの程度整合するかを評価すること。
• 宇宙時間に伴う均質性スケールの進化を定量化すること（0.43 < z < 7）。
• 銀河バイアスと赤方偏移空間歪みを補正することで、観測された銀河サンプルから真の物質分布を推定すること。
• 不確実性を 1% 水準まで低減することで、以前の均質性スケール測定を改善すること。

提案手法

• 銀河数密度の揺らぎをランダム分布に対して相対的に測定するため、正規化された球内数推定器 𝒩(<r) を用いる。
• スケール依存のクラスタリング行動を検出するため、フラクタル相関次元 𝒟₂(r) = d(ln 𝒩(<r))/d(ln r) + 3 を用いる。
• 銀河バイアス b と特異速度分散 σₚ を考慮したモデルを用いて、赤方偏移空間歪み（RSD）補正を実施し、実空間 2 次相関関数との畳み込みを適用する。
• 観測されたクラスタリングに一致するように、1000 個の QPM モックカタログを用いて RSD パrameter（b = 1.826 ± 0.019、σₚ ≈ 334 ± 7 km/s）をキャリブレーションする。
• キャリブレーションされた RSD モデルを用いて、銀河ベースの 𝒟₂(r) を物質ベースの 𝒟₂ᴹᴹ(r) に変換し、真の物質の均質性を推定する。
• 均質性スケール 𝒪(RH) を、𝒟₂(RH; b, σₚ) = 2.97 となるスケールとして定義する。これは、均質性からの 1% のずれに対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙がフラクタル的クラスタリングから大規模均質性に移行するスケールは何か？
• RQ2 観測された均質性スケールは、ΛCDM モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ3 均質性スケールは宇宙赤方偏移に伴ってどのように変化し、これは ΛCDM の予測と整合的か？
• RQ4 銀河バイアスと赤方偏移空間歪みは、均質性スケールの測定にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 現在の大規模銀河調査を用いて、均質性スケールと ΛCDM の整合性を 1% 水準で検証できるか？

主な発見

• 赤方偏移 z ≈ 0.56 における宇宙の均質性スケールは 𝒪(RH) = 64.3 ± 1.6 h⁻¹ Mpc に測定され、フラクタル相関次元 𝒟₂(r) が 2.97 に達した。
• 測定された均質性スケールは、2σ の範囲内で ΛCDM の予測値 𝒪(RH)⁰ = 62 h⁻¹ Mpc と整合的であり、モデルが 1% の精度で妥当であることを裏付けた。
• スケールが大きくなるに従い、フラクタル相関次元 𝒟₂(r) は 3.0 に近づき、均質性の到来を確認した。
• 𝒪(RH) より小さいスケールでは 𝒟₂(r) が 3.0 から逸脱し、持続的なクラスタリングとフラクタル的構造を示している。
• 均質性スケールは宇宙の時間経過に伴い増加し、0.43 < z < 7 の範囲で ΛCDM の予測と整合的な進化を示した。
• この手法は、以前の研究に比べて精度を 3% 向上させ、北銀河赤道と南銀河赤道の両サンプルで妥当性が確認された。