[논문 리뷰] Our Peculiar Motion Inferred from Number Counts of Mid Infra Red AGNs and the Discordance Seen with the Cosmological Principle

Ashok K. Singal|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 48인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 중간 적외선 활성 은하핵(MIRAGN) 0.28만 개의 수량 수를 통해 태양계의 특이 운동을 유추하며, 이는 CMBR 값(370 km s⁻¹)의 4배 이상인 1,700 km s⁻¹인 특이 속도를 암시하는 이방성 1차 모드를 발견한다. 이는 방향이 CMBR 이방성과 2σ 이내로 일치하나, 독립적인 조사 간의 이방성 크기의 괴리로 인해 천체물리학 원리에 도전한다. 이는 가능한 선호되는 우주적 방향 또는 이방성의 운동학적 기원이 아닌 기원을 시사한다.

ABSTRACT

The dipole anisotropy in the Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) has given a peculiar velocity vector 370 km s$^{-1}$ along $l=264^\circ,b=48^\circ$. However, some other dipoles, for instance, from the number counts, sky brightness or redshift distributions in large samples of distant Active Galactic Nuclei (AGNs), have yielded values of the peculiar velocity many times larger than that from the CMBR, though surprisingly, in all cases the directions agreed with the CMBR dipole. Here we determine our peculiar motion from a sample of ~0.28 million AGNs, selected from the Mid Infra Red Active Galactic Nuclei (MIRAGN) sample comprising more than a million sources. From this, we find a peculiar velocity, which is more than four times the CMBR value, although the direction seems to be within $\sim 2\sigma$ of the CMBR dipole. A genuine value of the solar peculiar velocity should be the same irrespective of the data or the technique employed to estimate it. Therefore, such discordant dipole amplitudes, might mean that the explanation for these dipoles, including that of the CMBR, might in fact be something else. But, the observed fact that the direction in all cases, is the same, though obtained from completely independent surveys using different instruments and techniques, by different sets of people employing different computing routines, might nonetheless indicate that these dipoles are not merely due to some systematics, otherwise why would they all be pointing along the same direction. It might instead suggest a preferred direction in the Universe, implying a genuine anisotropy, which would violate the Cosmological Principle, the core of the modern cosmology.

연구 동기 및 목표

• 중간 적외선 활성 은하핵(MIRAGN)의 수량 수를 이용해 태양계의 특이 속도를 결정하기.
• CMBR 및 AGN 자료로부터 유도된 특이 속도 추정치가 서로 일관된지 테스트하기.
• 관측된 이방성 1차 모드—특히 서로 다른 크기이지만 방향이 일치하는 것—이 천체물리학 원리 위반을 시사하는지 조사하기.
• CMBR 이방성 및 기타 천체 이방성이 관측자의 운동 때문이 아니라, 본질적인 우주적 이방성 때문일 수 있는지 평가하기.

제안 방법

• 100만 개 이상의 소스를 포함한 더 큰 MIRAGN 목록에서 0.28만 개의 MIRAGN 샘플을 선별하였다.
• 해저좌 좌표계를 사용해 천구 분포를 해머-에이토프 투영법으로 그려 공간 이방성을 시각화하였다.
• 관측자의 특이 운동으로 기인한다고 가정할 때, 방향에 따라 수량 수의 1차 모드 이방성을 정량화하였다.
• 1차 모드의 크기를 이용해 관계식 D ∝ v/c를 통해 특이 속도 벡터를 추론하였다. 여기서 D는 1차 모드 계수이고, v는 특이 속도이다.
• 은하수 평면 제거 및 조사 깊이의 변화에 대한 보정을 적용해 체계적 오차를 최소화하였다.
• CMBR, 라디오 조사(NVSS, TGSS), 및 활성 은하핵 샘플로부터 이전의 추정치와 비교하여 방향과 크기의 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CMBR 및 AGN 수량 수를 포함한 다양한 독립적인 천체 조사 간에 태양계의 특이 속도가 일관되는가?
• RQ2 방향은 일치하나, AGN에서 유도된 1차 모드 이방성의 크기가 CMBR 값보다 현저히 큰 이유는 무엇인가?
• RQ3 다양한 조사에서 유도된 1차 모드가 같은 방향을 향하고 있다면, 이는 실제로 우주에 선호되는 축이 존재함을 의미하는가, 즉 천체물리학 원리 위반을 의미하는가?
• RQ4 1차 모드 크기의 관측된 괴리로 인해 CMBR 1차 모드가 운동학적 기원이 아니라 원초적 또는 본질적인 기원을 가질 수 있는가?
• RQ5 만약 1차 모드 이방성이 관측자의 운동 때문이 아니라 대규모 우주의 이방성 때문이라면, 천체물리학에 어떤 영향을 미칠 것인가?

주요 결과

• 0.28만 개의 MIRAGN에서 추론된 특이 속도는 1,700 km s⁻¹이며, 이는 CMBR 값인 370 km s⁻¹보다 4배 이상 큰 것이다.
• MIRAGN에서 유도된 1차 모드의 방향은 CMBR 1차 모드 방향과 약 27° 이내로 일치하며, 통계적 오차 범위 내에서 일관된다.
• 독립적인 데이터, 장비, 분석 방법에도 불구하고, CMBR, 라디오 천체, 활성 은하핵, AGN을 포함한 주요 1차 모드 측정치는 모두 같은 방향을 향하고 있어 공통된 기원을 시사한다.
• CMBR 1차 모드와 AGN 1차 모드 간의 크기 괴리로 인한 체계적 오차는 알려진 요인으로는 설명되지 않으며, 이는 CMBR 1차 모드의 운동학적 해석에 기본적인 문제를 암시한다.
• 다양한 독립적인 조사에서 유도된 1차 모드가 크기는 다르나 방향은 일치함에도 불구하고, 이는 CMBR 1차 모드가 태양계의 특이 운동 때문이라는 가정을 도전한다.
• 결과는 천체물리학 원리 위반 가능성을 시사하며, 이는 우주의 대규모 구조에서 선호되는 우주적 방향 또는 본질적인 이방성의 존재를 암시한다.