[논문 리뷰] Apparent cosmic acceleration due to local bulk flow

J. Colin, Roya Mohayaee외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 14.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 제1형 초신성 관측 데이터에서 관측된 시공간의 명백한 팽창 가속 현상이 암흑 에너지가 아니라 국소적 복합유동(local bulk flow)에서 기인할 수 있다고 제안한다. JLA 목록의 최대우도 분석을 통해 $z \sim 0.2$까지 확장되는 $q_0$의 이방성 조절(dipolar modulation)을 발견하였으며, 이 유동을 보정한 후 단극성 $q_0$—기존에 암흑 에너지로 기인된 것으로 간주되어 왔던 것—은 통계적으로의의가 없어져 2σ 수준에서 0과 일치하게 된다.

ABSTRACT

Recent observations reveal a bulk flow in the local Universe which is faster and extends to larger scales than is expected around a typical observer in the standard $\Lambda$CDM cosmology. The deceleration parameter $q_0$ derived from local observations is then expected to show a scale-dependent dipolar modulation. From a maximum likelihood analysis of the Joint Lightcurve Analysis (JLA) catalogue of Type Ia supernovae we do find such a dipole in $q_0$ extending out to $z \sim 0.2$, with a magnitude comparable to its monopole. Although not statistically significant in current data, such a dipole must be allowed for, especially in analysing surveys with incomplete sky coverage such as JLA and its successor Pantheon; out of 740 (1048) SNe IA in the JLA (Pantheon) catalogue, 632 (890) are in the hemisphere opposite to the direction of bulk flow for which their redshifts have been corrected. However when we do so, the monopole component of $q_0$, which has been widely ascribed to a cosmological constant (dark energy), drops in statistical significance and becomes consistent with zero at $2\sigma$ (95\% c.l.). This suggests that the apparent acceleration of the expansion rate deduced from supernovae may be an artefact of our bulk flow.

연구 동기 및 목표

• 제1형 초신성 관측 데이터에서 관측된 시공간 팽창 가속 현상이 암흑 에너지가 아니라 국소적 복합유동의 산물일 수 있는지 조사하기 위해.
• 복합유동에 의해 유도되는 가속도 파rameter $q_0$의 이방성 조절이 천체물리학적 추론에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• JLA 및 Pantheon과 같은 설문조사에서 천체의 완전한 하늘 커버리지가 부족할 경우 단극성 $q_0$의 유의성에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 복합유동 효과를 보정함으로써 우주상수(암흑 에너지)의 통계적 유의성을 재평가하기 위해.

제안 방법

• 740개의 제1형 초신성으로 구성된 연합광도분석(Joint Lightcurve Analysis, JLA) 목록에 대해 최대우도 분석을 수행한다.
• 국소적 복합유동을 고려하기 위해 가속도 파ram터 $q_0$를 척도 의존적으로 모델링하고 이방성 조절을 도입한다.
• 복합유동 방향과 반대편에 위치한 초신성의 적색편이를 보정하여 체계적 편향을 완화한다.
• 보정 이전과 이후의 단극성 $q_0$를 비교하여 통계적 유의성의 변화를 평가한다.
• 보정 후 단극성 $q_0$가 여전히 0과 일치하는지 여부를 평가하기 위해 통계적 유의성 검정을 실시한다.
• 향후 설문조사와의 일관성을 확보하기 위해 패닉스론(Pantheon) 목록(1048개의 SNe Ia)에도 분석을 확장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국소적 복합유동으로 인한 $q_0$의 관측된 이방성 조절이 단극성 $q_0$의 추정치에 영향을 미치는가?
• RQ2 복합유동을 보정함으로써 단극성 $q_0$의 통계적 유의성은 어느 정도 감소하는가?
• RQ3 복합유동 효과를 고려할 경우 초신성 데이터에서 관측된 명백한 시공간 팽창 가속 현상은 우주상수와 일치하는가?
• RQ4 JLA 및 Pantheon와 같은 설문조사에서 하늘의 완전한 커버리지가 부족할 경우 $q_0$ 탐지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 JLA 목록에서 관측된 $q_0$의 이면은 암흑 에너지가 아니라 국소적 복합유동으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• JLA 목록에서 $z \sim 0.2$까지 확장되는 $q_0$의 이방성 조절이 확인되었다.
• 이 이방성 조절의 크기는 $q_0$의 단극성 성분과 유사한 크기이다.
• 국소적 복합유동을 보정한 후 단극성 $q_0$는 2σ 신뢰수준(95% 신뢰수준)에서 0과 일치하게 된다.
• 복합유동을 고려할 경우, 이전에 암흑 에너지의 증거로 간주되었던 단극성 $q_0$의 통계적 유의성은 크게 감소한다.
• 이 보정은 JLA 목록의 740개 초신성 중 632개에 영향을 미치며, 모두 복합유동 방향과 반대편에 위치한 천체들이다.
• 결과적으로 명백한 시공간 팽창 가속 현상은 우주상수의 결과가 아니라 국소적 복합유동의 산물일 수 있음을 시사한다.