[論文レビュー] Updated analysis of near-infrared background fluctuations

Bin Yue, Andrea Ferrara+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2016

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、近赤外背景（NIRB）揺らぎの解釈における矛盾を解消し、CIBER 1.1/1.6 μm とスパッツァー 3.6 μm バンド間の相関が初期ブラックホールではなく、拡散銀河光（DGL）に起因することを示している。DGL成分は大スケール揺らぎを説明でき、直接崩壊ブラックホール（DCBH）シナリオの妥当性を保ちつつ、必要とされるDCBHの質量密度を最大30％まで低減する。

ABSTRACT

The power spectrum of Near InfraRed Background (NIRB) fluctuations measured at 3.6 $μ$m by { t Spitzer} shows a clustering excess over the known galaxies signal that has been interpreted in terms of early ($z\simgt 13$), accreting (direct collapse) black holes (DCBH) or low-$z$ intrahalo light (IHL). In addition, these fluctuations correlate with the cosmic X-ray background (CXB) measured at (0.5-2) keV, supporting the black hole explanation. This scenario has been questioned by the recent detection of a correlation between the two { t CIBER} 1.1/1.6 $μ$m bands with the 3.6 $μ$m { t Spitzer} one. This correlation is hardly explained by early DCBHs that, due to intergalactic absorption, cannot contribute to the shortest wavelength bands. Here we show that the new correlation is caused instead by a Diffuse Galactic Light (DGL) component arising from Galactic stellar light scattered by dust. The black hole interpretation of the excess remains perfectly valid and, actually, the inclusion of DGL allows less demanding (by up to about 30\%) requirements on the DCBH abundance/mass.

研究の動機と目的

• CIBERの1.1/1.6 μm とスパッツァーの3.6 μm におけるNIRB揺らぎの観測された相互相関とDCBH仮説との間にある明らかな矛盾を解消すること。
• 銀のDGL成分が大スケールで観測された相互相関を説明できるかどうかを評価すること。
• DGLの取り入れが、NIRBクラスタリング過剰を説明するための初期DCBHの必要とされる質量密度や濃度をどの程度低減するかを評価すること。
• DCBHシナリオが、3.6 μm NIRBと宇宙X線背景（CXB）揺らぎの間の観測された相互相関と整合するかどうかをテストすること。
• DCBHモデルが、3.6 μm自己相関と3.6 μm–CXB相互相関パワー スペクトルの両方を同時に適合させられるかどうかを検討すること。

提案手法

• 3.6 μm 自己相関パワー スペクトルを、DGL、低赤方偏移銀河からのショットノイズ、およびDCBH由来のクラスタリング成分の和としてモデル化する。
• 小スケール（l ≳ 10^4）でのショットノイズ優位性を用い、CIBERの1.1および1.6 μm データからショットノイズ成分（C_SN）を分離する。
• 大スケール（l ≲ 300）における1.1 × 3.6 μm および1.6 × 3.6 μm 相互相関パワー スペクトルにDGL寄与をフィットする。この際、バンド間の完全な相関を仮定する。
• DCBHが3.6 μm 自己相関および3.6 μm–CXB 相互相関に与える寄与を、基準および低減された質量密度モデル（ρ_• = 4×10^5 および 2.7×10^5 M⊙ Mpc⁻³）を用いてモデル化する。
• DGL + 低赤方偏移源 + DCBH の合計予測パワー スペクトルを、スパッツァーおよびCappellutiら（2013）のCXBデータと比較する。
• DCBHモデルが1.5 keVにおける未解像CXB強度制限（Morettiら、2012）と整合するかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたCIBER 1.1/1.6 μm とスパッツァー 3.6 μm のNIRB揺らぎ間の相互相関が、初期DCBHではなくDGL成分に起因する可能性があるか？
• RQ2 DGLを含めることで、NIRBクラスタリング過剰を説明するためのDCBH質量密度や濃度の必要量はどの程度低減されるか？
• RQ3 DCBHモデルは、観測された3.6 μm–CXB 相互相関パワー スペクトルと整合性を保っているか？
• RQ4 DCBHがCXB自己相関パワー スペクトルに与える予測寄与は、観測限界と整合しているか？
• RQ5 DGL成分のみで、3.6 μm パワー スペクトルの大スケール揺らぎを説明できるか？低赤方偏移銀河は小スケールでのみショットノイズとして寄与するか？

主な発見

• 大スケール（l ≲ 300）における1.1 × 3.6 μm および1.6 × 3.6 μm 相互相関パワー スペクトルは、そのスケールで3.6 μm 自己相関パワー スペクトルを支配するDGL成分によって良好にフィットされる。
• 3.6 μm 自己相関パワー スペクトルにおけるDGL寄与は、観測された大スケール揺らぎを説明するのに十分であり、低赤方偏移銀河は小スケールでのみショットノイズとして寄与する。
• DGLの取り入れにより、必要とされるDCBH質量密度は最大約30％まで低減され、DCBHシナリオの要求水準が軽減される。
• DGLと低赤方偏移源を含むDCBHモデルは、すべてのスケールでスパッツァーの3.6 μm 自己相関パワー スペクトルを良好に適合させる。
• DCBHが3.6 μm–CXB 相互相関パワー スペクトルに与える寄与は観測データと一致するが、DCBH由来のCXB自己相関パワー スペクトルは未解像CXB強度限界を下回っている。
• モデルは、3.6 μm より短波長におけるNIRB–CXB相関の顕著な抑制を予測しており、これは間銀河吸収によるDCBH寄与の欠如と整合的である。