[논문 리뷰] Search for a distance-dependent Baryonic Tully-Fisher Relation at low redshifts

N. Krachmalnicoff, S. Desai|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 14.

Stochastic processes and statistical mechanics참고 문헌 35인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 Alestas 등 (2021)이 보고한 9 Mpc 및 17 Mpc 거리에서의 복사성 터리-파이저 관계(BTFR)에서의 3–4σ 이질성에 대해 재평가하며, BTFR 기울기와 정규화를 거리에 따라 변하는 함수로 모델링한다. 거리에 따라 변하는 BTFR 모델과 내재 산란을 자유롭게 또는 고정시킨 서브샘플 비교를 통해, 저자들은 통계적으로 유의미한 이질성이 없음을 발견한다. 두 파ameter는 오직 약간의 변동(2σ 이내)을 보이며, 모든 거리에서 서브샘플 피팅 결과는 일관되며, D < 17 Mpc 서브샘플에서만 1.75σ의 약간의 이질성이 존재한다.

ABSTRACT

A recent work (arXiv:2104.14481) has found a statistically significant transition in the Baryonic Tully-Fisher relation (BTFR) using low redshift data ($z<0.1$), with the transitions occurring at about 9 and 17 Mpc. Motivated by this finding, we carry out a variant of this analysis by fitting the data to an augmented BTFR, where both the exponent as well as normalization constant vary as a function of distance. We find that both the exponent and normalization constant show only a marginal variation with distance, and are consistent with a constant value, to within $2\sigma$. We also checked to see if there is a statistically significant difference between the BTFR results after bifurcating the dataset at distances of 9 and 17 Mpc. We find that almost all the sets of subsamples obey the BTFR with $\chi^2$/dof close to 1 and the best-fit parameters consistent across the subsamples. Only the subsample with $D<17$ Mpc shows a marginal discrepancy (at $1.75\sigma$) with respect to the BTFR. Therefore, we do not find any evidence for statistically significant differences in the BTFR at distances of 9 and 17 Mpc.

연구 동기 및 목표

• Alestas 등 (2021)이 보고한 9 Mpc 및 17 Mpc 거리에서의 BTFR 기울기 및 정규화에 대한 3–4σ 이질성이 통계적으로 유의미한지 테스트하기 위해.
• 거리에 따라 변화하는 모델을 사용하여 BTFR 파ameter(기울기 및 정규화)가 거리에 따라 매끄럽게 변화하는지 조사하기 위해.
• 9 Mpc 및 17 Mpc 거리에서의 서브샘플 간 관측된 이질성이 통계적으로 강건한지, 특히 내재 산란을 고정하거나 자유롭게 설정하여 재분석함으로써 평가하기 위해.

제안 방법

• 기울기(s) 및 절편(b)을 거리의 선형 함수로 하는 거리에 따라 변하는 BTFR 모델을 피팅: y = (sD + c)x + (bD + e), 여기서 y = ln(MB), x = ln(v).
• 로그 공간에서의 최대우도 추정을 통해 기울기 및 정규화의 거리 함수로 최적 피팅 파ameter를 추정한다.
• 9 Mpc 및 17 Mpc에서 분할된 네 개의 서브샘플에 대해 χ²/dof 및 p-value 분석을 수행하여 통계적 일관성을 테스트한다.
• 내재 산란을 0.077(= Alestas 등 2021의 값)로 고정하고, 자유 내재 산란 케이스와 결과를 비교한다.
• Cowan 등 (2011)의 중요도 테스트 방법을 적용하여 서브샘플 피팅 간 이질성을 평가한다.
• p-value 및 χ²/dof를 사용하여 적합도와 서브샘플 간 통계적 이질성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 9 및 17 Mpc 거리에서 보고된 3–4σ 이질성이 통계적으로 유의미한가, 아니면 피팅 방법론의 산물인가?
• RQ2 BTFR 기울기 및 정규화가 1–130 Mpc 범위에서 거리에 따라 매끄럽게 변화하는가?
• RQ3 내재 산란을 고정하거나 자유롭게 설정했을 때, 9 및 17 Mpc 거리에서의 서브샘플 간 관측된 이질성이 통계적으로 강건한가?
• RQ4 D < 17 Mpc 서브샘플에서의 약간의 이질성이 물리적 중력 상수의 변화가 아니라, 고려하지 않은 체계적 오차 때문일 수 있는가?
• RQ5 데이터는 Alestas 등 (2021)이 제안한 효과적 뉴턴 상수의 전이를 지지하는가?

주요 결과

• 최적 피팅 거리에 따라 변하는 기울기(s) 및 절편(b)는 거리에 따라 오직 약간의 변동만 보이며, s = −0.0078 ± 0.0054 및 b = 0.02 ± 0.012로, 2σ 이내에서 변화가 없음을 확인한다.
• 내재 산란이 자유일 경우, 네 개의 서브샘플(9 Mpc 및 17 Mpc에서 분할) 모두 χ²/dof < 1이며 p-value는 1에 가까워, 통계적 이질성이 없음을 나타낸다.
• 내재 산란을 0.077로 고정했을 때, D < 17 Mpc 서브샘플은 p-value = 0.043(1.75σ 이질성)를 보이지만, 이는 약간의 이질성일 뿐 실제 이질성의 강력한 증거는 아니다.
• 내재 산란이 자유 또는 고정이든 간에, 모든 서브샘플에서 최적 피팅 BTFR 파am터는 1σ 이내로 일관되게 유지된다.
• 저자들은 9 및 17 Mpc 거리에서 BTFR에 통계적으로 유의미한 차이가 없음을 발견하였으며, 따라서 Alestas 등 (2021)이 보고한 >3σ 이질성에 대한 지지를 할 수 없다.
• D < 17 Mpc 서브샘플에서의 약간의 이질성은 물리적 중력 또는 G의 변화 때문이 아니라, 고려하지 않은 체계적 오차 때문일 가능성이 높다.