[論文レビュー] Voids in the LCRS versus CDM Models

V. Muêller, Sepideh Arbabi Bidgoli+2 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 42

ひとこと要約

本研究は、ラス・カンパニャス赤方偏移サーベイ（LCRS）の2次元スライスにおける空洞サイズ分布を分析し、コールドダークマター（CDM）宇宙論的モデルの妥当性を検証する。空洞発見アルゴリズムと環境密度のしきい値を用いて、中央値空洞サイズは平均銀河間隔と比例し、$ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ と表され、銀河バイアスが宇宙論的モデルの違いよりも空洞統計に強く影響することが判明した。

ABSTRACT

We have analyzed the distribution of void sizes in the two-dimensional slices of the Las Campanas Redshift Survey (LCRS). Fourteen volume-limited subsamples were extracted from the six slices to cover a large part of the survey and to test the robustness of the results against cosmic variance. Thirteen samples were randomly culled to produce homogeneously selected samples. We then studied the relationship between the cumulative area covered by voids and the void size as a property of the void hierarchy. We find that the distribution of void sizes scales with the mean galaxy separation, $λ$. In particular, we find that the size of voids covering half of the area is given by $D_{med} \approx λ+ (12\pm3) \h^{-2}$Mpc. Next, by employing an environmental density threshold criterion to identify mock galaxies, we were able to extend this analysis to mock samples from dynamical $n$-body simulations of Cold Dark Matter (CDM) models. To reproduce the observed void statistics, overdensity thresholds of $δ_{th} \approx 0 ... 1$ are necessary. We have compared standard (SCDM), open (OCDM), vacuum energy dominated ($Λ$CDM), and broken scale invariant CDM models (BCDM): we find that both the void coverage distribution and the two-point correlation function provide important and complementary information on the large-scale matter distribution. The dependence of the void statistics on the threshold criterion for the mock galaxy indentification shows that the galaxy biasing is more crucial for the void size distribution than are differences between the cosmological models.

研究の動機と目的

• 宇宙定数の影響を最小限に抑えた複数のボリューム制限サブサンプルを用いて、LCRSにおける空洞サイズ統計のロバストネス（宇宙分散の影響）を検証すること。
• LCRSにおける空洞サイズ分布が、異なるCDM宇宙論的モデル（SCDM, OCDM, ΛCDM, BCDM）を区別できるかどうかを調査すること。
• n体シミュレーションからのモックサンプルと観測データを比較することで、銀河バイアスが空洞統計に与える影響を評価すること。
• 空洞カバレッジとサイズ分布が、大規模構造を探査するための2点相関関数と補完的であるかどうかを検証すること。
• LCRSにおける異なる銀河密度領域において、空洞サイズの普遍的スケーリング関係を確立すること。

提案手法

• 宇宙分散を軽減し統計的整合性を確保するため、LCRSの6つの2次元スライスから14のボリューム制限サブサンプルを抽出した。
• 凸で最大の空洞を投影された銀河分布から特定するため、空洞発見アルゴリズム（Kauffmann & Melott, 1992）を適用した。
• 空洞の階層的構造を、空洞サイズ関数としての累積面積カバレッジを用いて定量化し、正規化された空洞サイズ $ \mu = D/D_{\text{med}} $ を用いた。
• 環境密度のしきい値 $ \delta_{\text{th}} $ を用いて、CDMモデルのn体シミュレーションから銀河バイアスを模倣するモック銀河サンプルを生成した。
• 2パラメータのスケーリング関係 $ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ を用いて空洞サイズ分布をフィットした。ここで $ \lambda $ は平均銀河間隔を表す。
• モデル間で空洞カバレッジと2点相関関数を比較し、その宇宙論的感度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LCRSにおける空洞サイズ分布は、平均銀河間隔とどのようにスケーリングするか。これは普遍的スケーリング関係で記述可能か？
• RQ2 標準的なCDMモデルが、特に大規模空洞に関して、観測された空洞サイズ分布をどの程度再現できるか？
• RQ3 モックシミュレーションにおける銀河バイアスしきい値の選択が、空洞統計に与える感度は、宇宙論的モデルの違いに比べてどの程度高いか？
• RQ4 空洞カバレッジ統計は、大規模構造を制約するための2点相関関数と補完的であると見なせるか？
• RQ5 空洞サイズ分布は、観測銀河の絶対等級範囲に依存するのか、それとも主に平均銀河密度に支配されているのか？

主な発見

• LCRSにおける中央値空洞サイズは、平均銀河間隔と比例し、$ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ と表され、自己相似的な空洞階層が存在することが示唆された。
• $ \Lambda $CDMおよびBCDMモデルのモックサンプルにおいて、高いバイアスしきい値（$ \delta_{\text{th}} = 1 $ および $ \delta_{\text{th}} = 2 $）を用いた場合、観測された大規模空洞の頻度を最もよく再現した。
• OCDMモデルにおいて $ \delta_{\text{th}} = 2 $ を用いた場合、大規模相関の振幅が不十分であり、データとの一致が制限された。
• 2.5$ D_{\text{med}} $ 以上の空洞の頻度は強く抑制されており、これは大スケールで均質性に移行する兆候である。
• 空洞サイズ分布は、物質密度や初期スペクトル形状といった宇宙論的パラメータよりも、銀河バイアスに強く依存している。
• 銀河サンプルの絶対等級範囲にほとんど依存せず、異なる等級制限サブサンプル間で中央値空洞サイズの差は15%未満にとどまった。