[논문 리뷰] Search for correlations between COBE DMR and ROSAT PSPC All-Sky survey data

R. Kneißl, R. Egger외 3명|arXiv (Cornell University)|1996. 10. 21.

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 COBE DMR 마이크파장 천구도와 ROSAT PSPC X선 전체천구조사 데이터를 교차상관분석하여, 우주 마이크파배경(CMB)과 갈색성외 X선배경 사이의 대규모 상관관계를 검증한다. 7°–40° 각도 스케일에서 갈색성외 상관관계는 유의미하지 않으며, CMB 변동성의 약 ~15%와 XRB 변동성의 약 ~10% 이내의 상한선을 보이며, 은하계 상관관계는 구면파장 스케일에서만 유의미하다.

ABSTRACT

Results from a cross-correlation analysis between the COBE DMR 4 year, and ROSAT PSPC All-Sky Survey data are presented. Statistical comparisons between microwave and X-ray maps can probe interesting astrophysical environments and processes, such as e.g. the Sunyaev-Zel'dovich effect in clusters of galaxies or the Integrated Sachs-Wolfe effect. In order to test the diffuse, extragalactic X-ray background as probed by ROSAT, against the COBE DMR large-scale CMB structure, our analysis was performed in most detail in a ROSAT selected region of the sky (40 deg < b, 70 < l < 250 deg) in an X-ray energy range with minimal Galactic structure and residual X-ray contamination. Comparing to other regions of the sky and neighbouring energies and frequencies, we find indication for a positive Galactic correlation on large scales. Removing a quadrupole term on a sky map with a Galactic cutout or related gradients in the selected regions leaves no correlations above a 1-sigma level on smaller angular scales. We conclude that there is no significant extragalactic correlation on scales for which the combined data are sensitive (7 deg - 40 deg) and that Galactic correlation is significant only on angular scales of the order of the quadrupole. In the context of removing large angular scale gradients we give results on best fit X-ray dipoles from various ROSAT data and discuss these with respect to the difficulty of finding a cosmological dipole. The lowest correlation upper limits we can place are about 15 % of COBE CMB fluctuations and about 10 % of the ROSAT extragalactic XRB fluctuations. We discuss these results with respect to possible correlation mechanisms.

연구 동기 및 목표

• COBE DMR로부터의 간섭우주 마이크파배경(CMB)과 ROSAT PSPC로부터의 갈색성외 X선배경(XRB) 간의 상관관계를 검증하기 위해.
• 교차상관분석을 통해 선야예프-젤드오프 효과 또는 통합 사크스-울프 효과와 같은 천체물리적 메커니즘을 조사하기 위해.
• 우주론적 신호를 가리거나 모방할 수 있는 대규모 은하계 배경, 특히 4차항(term)의 중요성을 평가하기 위해.
• 7°–40° 각도 스케일에서 잠재적인 갈색성외 상관관계에 대한 상한선을 결정하기 위해.
• 배경 오염과 기기 시스템 오차의 도전 과제에도 불구하고, X선 데이터에서 우주론적 1차모양(dipole)을 탐지할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• COBE DMR 4년치 마이크파장 천구도와 ROSAT PSPC 전체천구조사 X선도 간의 교차상관분석을 수행한다.
• 은하계 구조와 잔류 X선 오염이 최소한인 특정 은하계 위도 선택 영역(40° < b, 70° < l < 250°)에 집중한다.
• 은하계 컷아웃을 적용하고 4차항을 제거하여 소규모 상관관계를 분리하고 배경 기울기를 줄인다.
• 다양한 에너지 대역과 천구 영역 간의 결과를 비교하여 일관성과 유의미성을 평가한다.
• 통계적 방법을 사용하여 상관계수와 그 유의수준을 계산하고, 1-시그마 신뢰수준에서 상한선을 설정한다.
• 다양한 ROSAT 데이터 서브셋에서 X선 1차모양을 분석하여 우주론적 탐지 가능성 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 7°–40° 각도 스케일에서 COBE DMR CMB 비균일성과 ROSAT PSPC 갈색성외 X선배경 간에 통계적으로 유의미한 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 특히 대규모 4차항에 의해 유도되는 은하계 배경은 교차상관분석에서 나타나는 상관관계에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 CMB 변동성과 X선배경 변동성 간 잠재적인 갈색성외 상관관계에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ4 배경 오염과 기기 시스템 오차의 도전 과제에도 불구하고, ROSAT 데이터에서 우주론적 X선 1차모양을 신뢰성 있게 탐지할 수 있는가?
• RQ5 다양한 에너지 대역과 천구 영역 간의 결과는 어떻게 비교되며, 선야예프-젤드오프 또는 통합 사크스-울프 효과와 같은 물리적 상관관계 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 7°–40° 각도 스케일에서 COBE DMR CMB 변동성과 ROSAT PSPC X선배경 변동성 간에 유의미한 갈색성외 상관관계는 발견되지 않았다.
• 최고의 상관관계 상한선은 COBE CMB 변동성의 약 15%이며, ROSAT 갈색성외 XRB 변동성의 약 10%이다.
• 은하계 상관관계는 대체로 큰 각도 스케일, 특히 4차항 수준에서만 유의미하다.
• 4차항을 제거하고 은하계 컷아웃을 적용함으로써, 소규모 각도 스케일에서 1-시그마 수준 이상의 유의미한 상관관계는 사라졌다.
• 분석 결과, 특히 은하계 구조에서 유래하는 대규모 기울기들이 관측된 교차상관 신호를 지배하며, 잠재적인 우주론적 신호를 가리고 있음을 밝혔다.
• ROSAT 데이터에서의 최적 피팅 X선 1차모양은 잡음 수준과 일치하여, X선배경에서 우주론적 1차모양의 강력한 탐지가 이루어지지 않았음을 시사한다.