[論文レビュー] The large scale inhomogeneity of the galaxy distribution

Francesco Sylos Labini|arXiv (Cornell University)|May 8, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、スローン・ディジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）データを用いて、大規模銀河構造をマップするための新手法を提示している。銀河分布が約30 Mpc/hを超える領域で、大振幅かつ自己平均化しない密度揺動を示すことが明らかになった。30 Mpc/hまででフラクタル次元D = 2.1 ± 0.1が得られ、100 Mpc/h未満のスケールでは均質性と整合しない不均一性が観測され、標準的宇宙論モデルやN体シミュレーションとも不一致である。

ABSTRACT

The properties of the galaxy distribution at large scales are usually studied using statistics which are assumed to be self-averaging inside a given sample. We present a new analysis able to quantitatively map galaxy large scale structures while testing for the stability of average statistical quantities in different sample regions. We find that the newest samples of the Sloan Digital Sky Survey provide unambiguous evidence that galaxy structures correspond to large amplitude density fluctuations at all scales limited only by sample sizes. The two-point correlations properties are self-averaging up to approximately 30 Mpc/h and are characterized by a fractal dimension D=2.1 +- 0.1. Then at all larger scales probed density fluctuations are too large in amplitude and too extended in space to be self-averaging inside the considered volumes. These inhomogeneities are compatible with a continuation of fractal correlations but incompatible with: (i) a homogeneity scale smaller than 100 Mpc/h, (ii) predictions of standard theoretical models, (iii) mock galaxy catalogs generated from cosmological Nbody simuations.

研究の動機と目的

• 大規模サーベイの異なる領域における銀河統計の自己平均化挙動をテストすること。
• 銀河分布における大規模密度揺動の広がりと振幅を定量化すること。
• 観測された構造が均質性の仮定および標準的宇宙論モデルとどの程度整合するかを評価すること。
• N体シミュレーションから生成されたモック銀河カタログが、観測された大規模不均一性を再現できるかを評価すること。
• 銀河クラスタリングが自己平均化から非自己平均化挙動に移行するスケールを特定すること。

提案手法

• 統計的安定性を評価するため、スローン・ディジタル・スカイ・サーベイの複数の領域における2点相関関数を分析すること。
• スケール依存のフラクタル次元Dを用いて、異なる赤方偏移および空間的区間におけるクラスタリング挙動を特徴付けること。
• 観測された相関特性と、宇宙論的N体シミュレーションおよびモック銀河カタログから導かれたものとを比較すること。
• サブボリューム内の相関関数の分散を検討することで、自己平均化をテストすること。
• 揺動が大きすぎて広がりすぎており、調査された体積内で統計的に自己平均化できないようになる遷移スケール（約30 Mpc/h）を定義すること。
• 100 Mpc/h未満のスケールで均質性スケールが存在すると仮定した場合の観測構造の整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スローン・ディジタル・スカイ・サーベイの異なる領域において、銀河相関統計はどの程度自己平均化しているか？
• RQ2 大規模密度揺動がどれほど大きく、広がりすぎて自己平均化できなくなるスケールは何か？
• RQ3 観測された銀河クラスタリングのフラクタル次元Dは、標準的宇宙論モデルの予測とどのように異なるか？
• RQ4 観測された大規模不均一性は、N体シミュレーションから生成されたモック銀河カタログと整合するか？
• RQ5 観測された銀河分布は、100 Mpc/h未満の均質性スケールを支持するか？

主な発見

• 銀河2点相関関数は、約30 Mpc/hまで自己平均化しており、フラクタル次元D = 2.1 ± 0.1である。
• 30 Mpc/hを超える領域では、密度揺動の振幅が大きく、空間的に広がりすぎており、調査された体積内で統計的に自己平均化できない。
• 観測された大規模不均一性は、100 Mpc/h未満の均質性スケールと整合しない。
• 観測されたクラスタリング特性は、標準的理論的宇宙論モデルの予測と不一致である。
• スローン・ディジタル・スカイ・サーベイで観測された構造は、宇宙論的N体シミュレーションから生成されたモック銀河カタログでは再現されない。
• データは、大スケールでフラクタル相関が継続していることを示唆しており、通常均質と想定されるスケールを超えて不均一性が持続していることを示している。