[논문 리뷰] New Constraint of the Hubble Constant by Proper Motions of Radio Components Observed in AGN Twin-jets

Wei-Jian Lu, Yi-Ping Qin|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 12.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 34인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 페르미-레메트르-로버트슨-워커 우주론과 기하학적 관계에 기반하여, 활성은하핵(AGNs)의 이중제트에서의 적절한 운동을 이용해 허블 상수(H₀)를 제약하는 새로운 모델 독립적 방법을 제안한다. NGC 1052의 이중제트에서 대칭적인 발사 속도를 가정함으로써, 관측된 최대 적절한 운동으로부터 H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹의 하한을 도출하며, 기존의 거리 계단이나 ΛCDM 가정을 피하는 새로운 독립적 제약을 제공한다.

ABSTRACT

As the advent of precision cosmology, the Hubble constant ($H_0$) inferred from the Lambda Cold Dark Matter fit to the Cosmic Microwave Background data is increasingly in tension with the measurements from the local distance ladder. To approach its real value, we need more independent methods to measure, or to make constraint of, the Hubble constant. In this paper, we apply a plain method, which is merely based on the Friedman-Lema\^itre-Robertson-Walker cosmology together with geometrical relations, to constrain the Hubble constant by proper motions of radio components observed in AGN twin-jets. Under the assumption that the ultimate ejection strengths in both sides of the twin-jet concerned are intrinsically the same, we obtain a lower limit of the $H_{ m 0,min}=51.5\pm2.3\, m km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}$ from the measured maximum proper motions of the radio components observed in the twin-jet of NGC 1052.

연구 동기 및 목표

• 허블 상수(H₀)의 이른 시기 및 늦은 시기 측정치 간의 증가하는 갈등을 해결하기 위해 독립적이고 모델 없는 방법을 개발하는 것.
• 기존의 거리 계단이나 표준 ΛCDM 우주론 모델에 의존하지 않는 H₀의 새로운 제약을 제공하는 것.
• 활성은하핵의 상대론적 제트 적절한 운동을 우주의 팽창을 기하학적으로 탐지하는 수단으로 사용할 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 페르미-레메트르-로버트슨-워커(FLRW) 계량과 상대론적 제트 운동학을 적용하여 관측된 적절한 운동을 우주론적 거리와 H₀에 연결한다.
• 이중제트 시스템의 양쪽에서 본질적으로 대칭적인 발사 속도를 가정함으로써, 적절한 운동 비대칭성을 이용해 H₀를 추론할 수 있다.
• 핵심 식은 적색편이 z와 접근하는 성분 및 멀어지는 성분의 적절한 운동의 기하평균의 곱을 이용해 H₀를 유도하는 것으로, H₀,min = z√(μₐμᵣ)이다.
• 이 방법은 NGC 1052의 이중제트에서 관측된 최대 적절한 운동을 사용하여 H₀에 대한 가장 날카로운 하한을 계산한다.
• 관측된 운동학과 기하학적 관계에만 의존함으로써, 우주론적 파라미터에 대한 의존성을 피한다.
• 기존 연구 결과 및 기존의 H₀ 측정치와의 비교를 통해 결과의 타당성을 검증하였으며, 일관성과 향상된 제약을 보였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성은하핵의 이중제트에서의 라디오 성분의 적절한 운동이 모델 독립적 허블 상수 제약을 제공할 수 있는가?
• RQ2 대칭적인 발사 속도를 가정할 때, NGC 1052의 제트에서 관측된 제트 적절한 운동으로부터 도출할 수 있는 H₀의 가장 날카로운 하한은 무엇인가?
• RQ3 이 기하학적 방법은 표준 우주론 측정법과 표준 소리원이나 마이저와 같은 다른 독립적 방법과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ4 향후 이중제트의 모니터링을 통해 상대론적 성분이 감지될 경우, H₀,min 값이 진짜 H₀에 수렴하는 고정된 값이 될 수 있는가?
• RQ5 이 방법은 다른 근접한 은하외 제트 시스템에 적용될 때도 탄탄한가?

주요 결과

• 연구는 NGC 1052의 이중제트에서 관측된 최대 적절한 운동을 바탕으로 H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹의 하한을 도출하였다.
• 이 결과는 더 나은 해상도를 확보한 제트 성분 측정 덕분에 이전의 하한인 H₀,min = 27 km s⁻¹ Mpc⁻¹(1999년 Qin 연구에서 도출)보다 상당한 향상이다.
• 이 방법은 ΛCDM 모델과 기존의 거리 계단에 의존하지 않으며, 관측된 적절한 운동과 기하학적 우주론에만 기반한다.
• 이 제약은 모든 기존의 H₀ 측정치와 일치하며, 이는 하한보다 높은 측정치를 보이고 있어 갈등이 없음을 시사한다.
• 저자들은 향후 NGC 1052 및 유사한 천체의 모니터링을 통해 더 강력한 제약을 얻을 수 있을 것으로 기대하며, β → 1에 가까운 성분이 감지될 경우 H₀,min가 진짜 H₀에 가까운 값으로 고정될 수 있을 것으로 예상한다.
• 이 방법의 타당성은 대칭적인 본질적 발사 속도를 가정하는 데 달려 있으며, 이는 NGC 1052 제트 성분에서 관측된 대칭성에 의해 뒷받침된다.