[논문 리뷰] Large SDSS quasar groups and their statistical significance

Changbom Park, Hyunmi Song외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 SDSS DR7 카탈로그에 포함된 대규모 활성은하핵 군집을 친구의 친구(FoF) 알고리즘을 사용하여 다양한 연결 길이(LL)로 분석하여, Clowes 등(2013)이 보고한 통계적으로 가장 큰 활성은하핵 군집(U1.27)이 무작위 점 분포와 유의미하게 다를 바 없음을 확인한다. LL = 70 h⁻¹ Mpc일 때 관측된 활성은하핵 군집은 무작위 카탈로그와 크기(92.4% 확률)와 풍부도(58.1% 확률)에서 유사하며, 이는 U1.27가 물리적으로 일관된 구조가 아니라 우연의 일치일 가능성이 높음을 시사한다.

ABSTRACT

We use a volume-limited sample of quasars in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR7 quasar catalog to identify quasar groups and address their statistical significance. This quasar sample has a uniform selection function on the sky and nearly a maximum possible contiguous volume that can be drawn from the DR7 catalog. Quasar groups are identified by using the Friend-of-Friend algorithm with a set of fixed comoving linking lengths. We find that the richness distribution of the richest 100 quasar groups or the size distribution of the largest 100 groups are statistically equivalent with those of randomly-distributed points with the same number density and sky coverage when groups are identified with the linking length of 70 h-1Mpc. It is shown that the large-scale structures like the huge Large Quasar Group (U1.27) reported by Clowes et al. (2013) can be found with high probability even if quasars have no physical clustering, and does not challenge the initially homogeneous cosmological models. Our results are statistically more reliable than those of Nadathur (2013), where the test was made only for the largest quasar group. It is shown that the linking length should be smaller than 50 h-1Mpc in order for the quasar groups identified in the DR7 catalog not to be dominated by associations of quasars grouped by chance. We present 20 richest quasar groups identified with the linking length of 70 h-1Mpc for further analyses.

연구 동기 및 목표

• Clowes 등(2013)이 보고한, 우주에서 가장 큰 것으로 알려진 구조인 대규모 활성은하핵 군집 U1.27의 통계적 유의성을 엄격히 평가하는 것.
• 관측된 활성은하핵 군집의 특성(크기와 풍부도)이 무작위 점 분포와 일치하는지 여부, 또는 물리적 응집을 나타내는지 조사하는 것.
• SDSS DR7 활성은하핵 카탈로그에서 물리적으로 응집된 활성은하핵 시스템과 우연의 연결을 구분하는 데 필요한 임계 연결 길이(LL)를 결정하는 것.
• 균일한 포isson 과정을 기반으로 한 근본 모델에 대해 검증함으로써 극단적인 대규모 구조의 천체역학적 해석을 도전하는 것.
• 연결 길이의 영향과 낮은 활성은하핵 밀도에 따라 군집 특성이 민감하게 변할 수 있음을 감안할 때, 대규모 구조를 식별하는 데 있어 통계적으로 탄탄한 방법의 필요성을 주장하는 것.

제안 방법

• M_i ≤ -22.0이고 적색이동 범위 0.03 ≤ z ≤ 3.5인 볼륨 제한, 스펙트로스코픽으로 확인된 활성은하핵 샘플을 SDSS DR7 카탈로그에서 사용한다.
• 10에서 100 h⁻¹ Mpc까지 다양한 연결 길이(LL)를 사용하여 활성은하핵 군집을 식별하기 위해 친구의 친구(FoF) 알고리즘을 적용한다.
• 관측된 활성은하핵 군집의 크기 및 풍부도 분포를 동일한 밀도와 하늘 영역을 가진 1000개의 무작위 점 카탈로그와 비교한다.
• 무작위 카탈로그에서 U1.27와 같거나 더 큰 크기 또는 더 높은 풍부도를 가진 군집을 관측할 확률을 계산하여 통계적 유의성을 평가한다.
• 활동은하핵 군집이 우연의 연결이 아닌 물리적 응집 시스템에 의해 지배받는 임계 LL(≤50 h⁻¹ Mpc)을 특정한다.
• 균일한 우주를 시뮬레이션한 모의 카탈로그를 사용하여 관측된 구조를 무작위 응집의 근본 모델과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 크기 약 ~870 h⁻¹ Mpc, 활성은하핵 73개를 포함하는 대규모 활성은하핵 군집 U1.27는 통계적으로 유의미한가, 아니면 우연의 일치일까?
• RQ2 활동은하핵 군집이 물리적으로 응집된 시스템인지 아닌지를 보장하기 위한 임계 연결 길이(LL)는 무엇인가?
• RQ3 관측된 활성은하핵 군집의 크기 및 풍부도 분포는 동일한 밀도를 가진 무작위 점 과정에서 기대되는 분포와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 활동은하핵 군집의 관측된 특성은 FoF 알고리즘에서 연결 길이의 선택에 얼마나 민감하게 의존하는가?
• RQ5 U1.27와 같은 크기의 구조가 표준 ΛCDM 모델 내에서 우주의 원칙을 위반하지 않고 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 연결 길이가 70 h⁻¹ Mpc일 때, 무작위 카탈로그에서 U1.27와 같은 크기의 활성은하핵 군집을 관측할 확률은 92.4%이며, 이는 통계적 유의성이 없음을 시사한다.
• 무작위 카탈로그에서 U1.27보다 더 많은 구성원(73명)을 가진 활성은하핵 군집을 관측할 확률은 58.1%이며, 이는 그것이 희귀한 물리적 구조가 아님을 더욱 강화한다.
• SDSS DR7 카탈로그에서 관측된 가장 크기와 풍부도가 큰 활성은하핵 군집은 LL = 70 h⁻¹ Mpc에서 무작위 분포와 통계적으로 다를 바 없다.
• LL ≤ 50 h⁻¹ Mpc로 식별된 활성은하핵 군집은 통계적으로 물리적 응집 시스템에 의해 지배되며, 이 임계점은 물리적 응집과 우연의 연결을 분리하는 데 기여한다.
• U1.27 활성은하핵 군집은 매우 큰 연결 길이로 연결된 작은 물리적 응집 시스템의 체인으로 해석하는 것이 가장 타당하며, 단일의 일관된 구조는 아니다.
• 이 연구는 연결 길이의 영향과 낮은 활성은하핵 밀도로 인해 군집 특성이 민감하게 변할 수 있음을 감안할 때, 통계적 검증이 부족한 채로 대규모 구조에 대해 천체역학적 결론을 내리는 것에 대해 경고한다.