[論文レビュー] The Large-Scale Tidal Velocity Field

Yehuda Hoffman, Avigdor Eldar+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2001

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Mark IIIおよびSFI調査から再構築された特異速度および密度場を用いて、大規模な宇宙的特異速度場を発散成分（局所的）および潮汐成分（外部由来）に分解する手法を提示する。その結果、局所銀河団のCMBドリフト運動の約50%が潮汐場に起因しており、主に約150 h⁻¹ Mpcの距離に位置するスーパー吸引力（シャープレー集中）によって駆動されていることが判明した。また、超銀河平面に位置する2つの動的空洞も影響を与えている。

ABSTRACT

We present a method for decomposing the cosmological velocity field in a given volume into its divergent component due to the density fluctuations inside the volume, and its tidal component due to the matter distribution outside the volume. The input consists of the density and velocity fields that are reconstructed either by POTENT or by Wiener Filter from a survey of peculiar velocities. The tidal field is further decomposed into a bulk velocity and a shear field. The method is applied here to the Mark III data within a sphere of radius 60 Mpc/h about the Local Group, and to the SFI data for comparison. We find that the tidal field contributes about half of the Local-Group velocity with respect to the CMB, with the tidal bulk velocity pointing to within ~ 30 degrees of the CMB dipole. The eigenvector with the largest eigenvalue of the shear tensor is aligned with the tidal bulk velocity to within ~ 40 degrees. The tidal field thus indicates the important dynamical role of a super attractor of mass (2-5) x 10^17 M_sun/h Omega^0.4 at ~ 150 Mpc/h, coinciding with the Shapley Concentration. There is also a hint for the dynamical role of two big voids in the Supergalactic Plane. The results are consistent for the two data sets and the two methods of reconstruction.

研究の動機と目的

• 与えられた体積外部の質量が誘導する大規模な潮汐特異速度場を分離するための手法を開発すること。
• 特にCMBドリフトに関連して、外部の質量分布が観測された局所銀河団の特異速度に与える寄与を定量化すること。
• POTENTおよびウィーナー・フィルタ再構築法を用いて、遠方の超構造および空洞が局所的特異速度場に与える力学的役割を調査すること。
• 独立したデータセット（Mark IIIおよびSFI）および再構築手法の間で、潮汐場推定値の整合性を検証すること。
• 特にバルクフローの収束および特異速度調査の有効な深さに関して、潮汐場がコスモロジー的パrameter推定に与える影響を評価すること。

提案手法

• POTENTおよびウィーナー・フィルタ（WF）法を用いて、Mark IIIおよびSFI調査における径方向特異速度から3次元の特異速度および質量密度場を再構築する。
• 線形理論を適用して特異速度場のポアソン方程式を解き、60 h⁻¹ Mpcの球体内に位置する質量による発散成分と、それ以外の外部質量による潮汐成分に分解する。
• 潮汐成分を用いてバルク速度およびひずみテンソルを計算し、外部質量分布が誘導する大規模な流れを特徴付ける。
• モックカタログ（POTENT）および制約付き実現（WF）を用いて不確実性を評価し、潮汐場推定値の妥当性を保証する。
• 3質量の簡易モデル（1つの吸引子＋2つの空洞）を用いて観測された潮汐特異速度およびひずみに適合させ、潮汐場の解釈を検証する。
• Mark IIIおよびSFIデータの間、POTENTおよびWF再構築法の間で結果を比較し、一貫性の確認および不確実性の範囲を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所銀河団を取り囲む60 h⁻¹ Mpcの球体外部の潮汐特異速度場は、観測されたCMBドリフト運動にどの程度寄与しているか？
• RQ2 シャープレー集中およびその他の大規模構造は、局所的特異速度場にどのような力学的意義を持つのか？
• RQ3 超銀河平面に位置する空洞は、潮汐特異速度場にどのように影響を与え、特異速度場の分解によって同定可能か？
• RQ4 POTENTおよびウィーナー・フィルタという2つの独立した再構築手法、およびMark IIIおよびSFIという2つのデータセットから得られた潮汐場推定値はどの程度一貫しているか？
• RQ5 特異速度調査の有効な深さは何か？また、潮汐場はこの収束にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 潮汐場は、CMB静止系に対する局所銀河団の特異速度の約半分を占めている。
• 潮汐バルク速度はCMBドリフト方向と約30°以内に一致しており、外部質量の支配的影響を示している。
• 潮汐ひずみテンソルの最大固有値に対応する固有ベクトルは、潮汐バルク速度と約40°以内に一致しており、一貫した力学的起源を確認している。
• 質量 (2–5) × 10¹⁷ M⊙ h⁻¹ Ω⁰.⁴ のスーパー吸引力が約150–200 h⁻¹ Mpcの距離に位置し、シャープレー集中と一致している。
• ウラス・マジョルスの背後に位置する超銀河平面内の2つの動的空洞（ペルセウス＝ピスケス空洞またはスカルプター空洞）は、観測された潮汐場に適合する簡易モデルの適合度を著しく向上させる。
• 潮汐場の結果は、Mark IIIおよびSFI両方のデータセットで一貫しており、POTENTおよびウィーナー・フィルタ再構築法の間でも一貫しており、研究結果の妥当性が裏付けられている。