[論文レビュー] The Local Hole: a galaxy under-density covering 90% of sky to ~200 Mpc

Jonathan H.W. Wong, T. Shanks+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、2MASSおよび2M++データを用いて$K$バンドの数密度を90%の天の川にまで拡張することで、銀河分布における大スケールの低密度領域『ローカルホール』の存在を確認した。$z < 0.075$において20–22%の低密度が検出され、これは局所的$H_0$測定値を約3%高く評価する要因となり、$Λ$CDMモデルとの$H_0$の不一致を約3$σ$で示している。

ABSTRACT

We investigate the `Local Hole', an anomalous under-density in the local galaxy environment, by extending our previous galaxy $K-$band number-redshift and number-magnitude counts to $\approx 90\%$ of the sky. Our redshift samples are taken from the 2MASS Redshift Survey (2MRS) and the 2M++ catalogues, limited to $K&lt;11.5$. We find that both surveys are in good agreement, showing an $\approx 21-22\%$ under-density at $z&lt;0.075$ when compared to our homogeneous counts model that assumes the same luminosity function and other parameters as in our earlier papers. Using the Two Micron All Sky Survey (2MASS) for $n(K)$ galaxy counts, we measure an under-density relative to this model of $20\pm 2 \%$ at $K&lt;11.5$, which is consistent in both form and scale with the observed $n(z)$ under-density. To examine further the accuracy of the counts model, we compare its prediction for the fainter $n(K)$ counts of the Galaxy and Mass Assembly (GAMA) survey. We further compare these data with a model assuming the parameters of a previous study where little evidence for the Local Hole was found. At $13

研究の動機と目的

• ローカルホールが以前に限定された天の川領域で検出されたが、それが顕著に広い範囲にまで拡張されているかどうかを検証すること。
• 大スケールの低密度が距離階段の結果に与える影響を定量化することで、局所的$H_0$測定値と$Λ$CDM予測との不一致を解消すること。
• 特に均一な等光度関数を仮定している研究で用いられる銀河数密度モデルの妥当性を評価すること。
• Lavaux & Hudson (2011) や Jasche & Lavaux (2019) の結果の矛盾を、複数の調査と比較したモデル予測と照らし合わせることで解消すること。

提案手法

• 2MASSおよび2M++カタログを用い、$|b| \geq 5^\circ$および$K < 11.5$の範囲に制限して、$K$バンドの数密度-等級($n(m)$)および数密度-赤方偏移($n(z)$))を、約90%の空域にまで拡張した。
• 先行研究と整合する等光度関数およびパラメータを仮定した均一な銀河数密度モデルを構築し、比較のための基準とした。
• GAMA調査の明るさが弱い領域（$13 < K < 16$）における観測$ n(K) $数密度とモデル予測を比較し、モデルの頑健性を検証した。
• Lavaux & Hudson (2011) が提示した低い等光度関数正規化を用いた代替モデルと比較し、等光度関数の仮定に対する感度を評価した。
• 赤方偏移および等級ごとの低密度を定量化し、大規模構造に起因する速度バイアスを介して局所的$H_0$測定値に与える影響を推定した。
• $Λ$CDM予測との整合性を検証し、スケールと振幅の両面で約3$σ$の不一致が生じていることを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローカルホール低密度は、以前の研究でカバーされた約20%の範囲をはるかに超えて、空域の大部分に広がっているか？
• RQ2 $n(z)$および$n(K)$数密度の観測された低密度が、局所的ハッブル定数$H_0$の測定値にどの程度バイアスを及えるか？
• RQ3 一部の研究（例：Lavaux & Hudson 2011）がローカルホールを検出できないのは、等光度関数に関する誤った仮定によるものなのか？
• RQ4 観測された低密度は$Λ$CDMモデルと整合するか、それとも宇宙構造形成における根本的な不一致を示唆するか？
• RQ5 銀河数密度の結果は、超新星および速度流れの動的証拠とどのように一致するか？

主な発見

• ローカルホールは空域の約90%をカバーしており、$z < 0.075$において$n(z)$および$n(K)$数密度両方で顕著な低密度が検出された。
• $K$バンド数密度において、均一モデルと比較して$20 \pm 2\%$の一貫した低密度が測定され、赤方偏移数密度からの結果を裏付けた。
• 低密度は局所的ハッブル定数$H_0$を約3%過剰に評価する要因となり、これは$H_0$の不一致を緩和するが、完全に解消するものではない。
• 本研究で用いられた高い等光度関数正規化を持つモデルは、$13 < K < 16$のGAMA $n(K)$数密度に対して、Lavaux & Hudson (2011) の低い正規化を持つモデルよりも顕著に良好な適合を示した。
• 観測された低密度は、$Λ$CDM宇宙論と約3$σ$の有意水準で不一致しており、大規模スケールの非一様性の可能性を示唆している。
• 一部の研究がローカルホールを検出できないのは、低密度領域自体から得られた等光度関数パラメータを用いていたため、正規化が過小評価されたバイアスが生じていたためである。