[논문 리뷰] Evidence that Quasars and Related Active Galaxies are Good Radio Standard Candles and that they are Likely to be a Lot Closer than their Redshifts Imply

M. B. Bell|arXiv (Cornell University)|2006. 02. 10.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 VLBA 복사선 밀도 및 제트 각운동량 데이터를 바탕으로, 활성은하와 왜성은 매우 우수한 전파 표준 촡시로 기능할 수 있음을 제시한다. 이는 적색편이가 주로 천체적 원인에 기인하며, 우주론적 원인이 아님을 시사한다. 분석 결과 이 천체들은 그들의 적색편이가 시사하는 것보다 훨씬 가까운 곳에 위치해 있을 가능성이 크며, 대부분 100 Mpc 이내에 위치해 있다. 이는 전파 빛의 세기가 안정되고 logN-logS 기울기가 우주론적 진화를 고려하지 않더라도 예측과 일치하는 국소 우주 모델을 지지한다.

ABSTRACT

For many years some astronomers have continued to argue, using redshift periodicities and quasar-galaxy associations, that quasars may be closer than their redshifts imply. Here, for the first time using raw radio data, I re-examine this question and find new evidence that supports this argument. Using VLBA flux densities and angular motions in jets, I show that the central engine of quasars and BL Lac objects appears to be a good radio standard candle. Using this information, relative distances are calculated and absolute radio distances are then obtained by referencing to a source whose true distance has been obtained using Cepheid variables. The results reveal that in this model most of the strong radio sources found in early surveys are nearer than 100 Mpc. (abridged)

연구 동기 및 목표

• 원시 전파 데이터를 사용하여, 활성은하 및 왜성이 전파 표준 촐시로 적합한지 검증하고, 그들의 적색편이가 우주론적이라는 가정을 도전한다.
• 관측 각도(기울기)에 따른 내재된 복사선 밀도 변화를 보정하여 강력한 전파 천체의 거리 추정치를 재평가한다.
• 관측된 logN-logS 기울기 -3/2와 천체 수 계수들이 우주론적 진화가 필요 없이 국소 우주 모델과 일치하는지 확인한다.
• 관측된 빛의 세기-적색편이 관계가 우주론적 팽창이 아닌 내재된 적색편이와 방향성에 의한 비밍 효과로 설명 가능한지 평가한다.
• 대규모 우주론적 진화를 수반하지 않고도 왜성의 성질을 설명할 수 있는 대안적 해법을 제공한다. 이는 내재된 전파 빛의 세기 일정성과 기울기 보정에 기반한다.

제안 방법

• VLBA에서의 원시 복사선 밀도 및 제트의 각운동량을 사용하여, 왜성과 BL Lac 천체의 내재된 전파 빛의 세기를 추정한다.
• 기울기 각도(i)에 기반한 기하학적 보정을 적용하여 복사선 밀도를 보정한다. 중심 토러스에 구멍이 있다고 가정하고, S(i)/S(90°) ∝ [N(i)/sin i]^{2/3} 관계를 사용하여 복사선 밀도를 가장자리 방향(90°)으로 정규화한다.
• 관측된 복사선 밀도를 가장자리 방향으로 보정하기 위해 내재된 복사선 성분을 제거한다. 이로 인해 낮은 기울기 각도(면대향)를 가진 천체들이 복사선-거리 다이어그램에서 왼쪽으로 이동한다.
• 기울기 각도 10° 간격의 박스를 사용하여 기울기 보정 및 탐지 한계를 고려한 후 천체 밀도 분포를 재구성한다.
• 보정된 천체 수 계수와 logN-logS 기울기를 국소 모델과 우주론적 모델의 이론적 기대치와 비교한다.
• 세프게이드 변동성 천체의 거리 측정치를 기준으로 절대 거리를 유도하여, 강력한 전파 천체의 국소 거리 척도를 기반으로 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측 각도에 따른 복사선 밀도 변화를 보정한 후, 왜성과 활성은하는 전파 표준 촐시로 적합한가?
• RQ2 관측된 logN-logS 기울기 -3/2가 우주론적 진화 없이도 국소 우주 모델에서 자연스럽게 유도되는가?
• RQ3 적색편이와 증가하는 전파 빛의 세기의 관측된 경향이 우주론적 팽창이 아닌 내재된 적색편이와 방향성에 의한 비밍 효과로 설명될 수 있는가?
• RQ4 초기 설문 조사에서 강력한 전파 천체의 진정한 거리 척도는 무엇이며, 적색편이 기반 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 기울기 보정된 복사선 밀도와 천체 수 계수는 표준 우주론적 모델에 비해 국소 우주 모델을 얼마나 잘 지지하는가?

주요 결과

• 기울기 효과를 보정한 후, 왜성과 BL Lac 천체의 중심 엔진은 가장자리 방향으로 정규화된 복사선 밀도를 기준으로 매우 우수한 전파 표준 촐시로 기능한다.
• 기울기 보정 후 천체 밀도 분포는 균일하고 등방성 천체 집단의 기대 분포와 일치하며, 주로 면대향(기울기 ≈ 0°) 근처에서 피크를 이룬다.
• 보정된 logN-logS 기울기는 넓은 범위에서 -3/2와 일치하며, 빛의 세기나 밀도 진화가 필요 없이 국소 모델이 성립함을 지지한다.
• 천체 수 계수는 거리의 세제곱에 비례하여 증가하며, 이는 국소 우주에서 예상되는 바와 일치하여 국소 모델의 타당성을 확인한다.
• 데이터는 국소 모델과 완벽하게 맞아떨어지며, 반면 우주론적 적색편이 모델에 적합시키기 위해서는 빛의 세기 및 밀도 진화에 대해 인위적이고 물리적으로 비현실적인 가정이 필요하다.
• 관측된 복사선 밀도가 적색편이보다 거리의 가장 좋은 지표이며, 대부분의 강력한 전파 천체는 적색편이가 시사하는 것보다 훨씬 가까운 100 Mpc 이내일 가능성이 높다.