[논문 리뷰] Kinematics of the Local Universe. X. H_0 from the inverse B-band Tully-Fisher relation using diameter and magnitude limited samples

T. Ekholm, P. Teerikorpi외 5명|arXiv (Cornell University)|1999. 04. 27.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 KLUN 설문에서 확보한 5,171개의 나선후성은하의 지름 및 등급 제한 샘플에 대해 역 B-대역 Tully-Fisher 관계를 적용하여 허블 상수 H₀를 유도한다. 역 관계는 균일한 은하 분포에 대해 H₀ ≈ 50 km/s/Mpc를 산출하며, 산데이지의 오랜 기간 동안 주장한 천체거리 기반 우주론적 척도와 일치하는 낮은 H₀ 값들을 지지한다. 이는 새로운 식별된 캘리브레이터 선택 편향을 통해 이전의 모순을 해결한다.

ABSTRACT

We derive the value of H_0 using the inverse diameter and magnitude B-band Tully-Fisher relations and the large all-sky sample KLUN (5171 spiral galaxies). Our kinematical model was that of Peebles centered at Virgo. Our calibrator sample consisted of 15 field galaxies with cepheid distance moduli measured mostly with HST. A straightforward application of the inverse relation yielded H_0\approx 80 km/sec/Mpc for the diameter relation and H_0\approx 70 km/sec/Mpc for the magnitude relation. H_0 from diameters is about 50 percent and from magnitudes about 30 percent larger than the corresponding direct estimates (cf. Theureau et al. 1997b). This discrepancy could not be resolved in terms of a selection effect in log V_max nor by the dependence of the zero-point on the Hubble type. We showed that a new, calibrator selection bias (Teerikorpi et al. 1999), is present. By using samples of signicificant size (N=2142 for diameters and N=1713 for magnitudes) we found for a homogeneous distribution of galaxies (alpha=0) H_0\approx 50 km/sec/Mpc for both the diameters and magnitudes. Also H_0's from a fractal distribution of galaxies (decreasing radial number density gradient alpha=0.8) agree with the direct predictions. This is the first time when the inverse Tully-Fisher relation clearly lends credence to small values of the Hubble constant H_0 and to long cosmological distance scale consistently supported by Sandage and his collaborators.

연구 동기 및 목표

• 대규모 지름 및 등급 제한 은하 샘플에 대해 역 B-대역 Tully-Fisher 관계를 적용하여 허블 상수 H₀를 결정하는 것.
• 역 Tully-Fisher 추정치와 직접 Tully-Fisher 추정치 간의 모순, 특히 역 관계에서 관측된 30–50%의 과대평가 현상을 조사하는 것.
• 역 Tully-Fisher 관계로부터 유도된 H₀ 추정치에 영향을 미치는 은하 분포 모델(균일 대 비균일)의 영향을 평가하는 것.
• 역 Tully-Fisher 방법에서 H₀ 추정치에 영향을 미치는 이전에 인식되지 않았던 캘리브레이터 선택 편향을 식별하고 수정하는 것.
• 역 Tully-Fisher 결과가 산데이지 및 그 공저자들이 주장하는 오랜 기간 동안의 낮은 H₀ 값들과 조화를 이룰 수 있는지 확인하는 것.

제안 방법

• KLUN 전체 하늘 샘플의 5,171개 나선후성은하를 활용하여, 거리 지표로 B-대역 등급과 천구 지름을 사용해 역 Tully-Fisher 관계를 적용한다.
• Virgo 은하단 중심의 운동학적 모델을 적용하여 국지적 특이속도를 반영하며, 페블스의 프레임워크와 일치시킨다.
• HST로 확인된 Cepheid 거리 모듈러스를 가진 15개의 현장 은하를 사용해 역 Tully-Fisher 관계를 캘리브레이션하여 영점(Zero-point)을 锚정한다.
• 은하 분포 모델 두 가지를 탐색: 균일 분포(α = 0)와 반경 방향 수밀도 감소 모델(α = 0.8, 비유사 구조 유사).
• 역 관계의 영점에 영향을 미치는 허블 유형 및 log V_max 선택의 영향을 정량화하여 체계적 편향을 시험한다.
• 이전에 인식되지 않았던 새로운 캘리브레이터 선택 편향(테리코르피 등 1999)을 식별하고 수정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 역 Tully-Fisher 관계는 직접 관계보다 체계적으로 높은 H₀ 값을 산출하는가? 이 모순은 해결될 수 있는가?
• RQ2 은하 공간 분포에 대한 다양한 가정(균일 대 비균일)이 역 Tully-Fisher 관계로부터 유도된 H₀ 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 캘리브레이터 샘플의 선택이 역 Tully-Fisher 방법을 통한 H₀ 추정치에 얼마나 큰 선택 편향을 유도하는가?
• RQ4 역 Tully-Fisher 관계는 산데이지 및 그 공저자들이 주장한 바와 같이 일관되게 낮은 H₀ 값을 지지할 수 있는가?
• RQ5 허블 유형 또는 log V_max 분포가 역 Tully-Fisher 영점에 체계적 오프셋을 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 지름 제한 샘플에 적용한 역 Tully-Fisher 관계는 H₀ ≈ 80 km/s/Mpc를 산출하지만, 등급 제한 샘플은 H₀ ≈ 70 km/s/Mpc를 산출하며, 직접 추정치보다 유의미하게 높다.
• 균일한 은하 분포(α = 0)의 경우, 지름 기반 및 등급 기반의 역 Tully-Fisher 관계가 모두 H₀ ≈ 50 km/s/Mpc로 수렴한다.
• 반경 방향 수밀도 기울기를 고려할 경우(α = 0.8, 비유사 구조 유사), 두 관계의 H₀ 추정치가 직접 예측과 일치하며 낮은 H₀ 값들을 지지한다.
• 역 관계와 직접 관계 간의 모순은 새로운 캘리브레이터 선택 편향이 역 관계의 영점에 영향을 미친다는 것을 식별함으로써 해결된다.
• 이 결과는 등급 및 지름 샘플 양쪽 모두에서 역 Tully-Fisher 방법을 통해 낮은 H₀ 값(≈50 km/s/Mpc)을 일관되게 지지하는 최초의 증거를 제공한다.
• 이 연구는 역 Tully-Fisher 관계가 선택 편향을 수정하고 적절한 분포 모델링을 적용할 경우, 산데이지 및 그 공저자들이 주장한 오랜 기간 동안의 천체거리 기반 우주론적 척도와 일치함을 확인한다.