[논문 리뷰] Spatial and Luminosity Properties of the Perseus-Pisces Redshift Survey

Francesco Sylos Labini, M. Montuori외 1명|arXiv (Cornell University)|1995. 06. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 상관 함수와 다중분수 분석을 사용하여 페르세우스-피스케스 적색편이 조사에서 은하의 공간적 및 밝기 분포를 분석한다. 분석 결과, 120–140 h⁻¹ Mpc 이내에서 D ≈ 2인 분수적 구조가 강력한 증거로 나타나며, 밝기 분리 현상의 존재를 도전하고 있으며, 밝기와 공간 모두에서 자가유사적 행동을 지지한다.

ABSTRACT

We analyze the spatial and the luminosity properties of the Perseus-Pisces redshift survey. We find that the two point correlation function (CF) $Γ(r)$ is a power law up to the sample effective depth ($\sim 30 h^{-1}Mpc$), showing the fractal nature of the galaxy distribution in this catalog. The fractal dimension turns out to be $D \approx 2$. We also consider the CF $ξ(r)$ and in particular the behavior of the "{\it correlation length}" $r_0$ ($ξ(r_{0})\equiv 1$) as function of the sample size. In this respect we find, unambiguously, that the luminosity segregation effect is not supported by any experimental evidence. In addition we have studied the galaxian number-density ($n(r)$) and number-counts ($N(m)$) in the VL subsamples finding a good agreement with the properties of a fractal distribution. In particular our conclusion is that the $n(r)$ relation allows to extend the analysis of the fractal nature up to a deeper depth than that reached by the CF analysis, and, we find evidence for fractal properties up to the limiting depth of $120-140 h^{-1} Mpc$. We stress that the $N(m)$ relation must be studied in VL subsamples rather than in magnitude limited ones as usually done. Finally we have considered the correlations between galaxy positions and luminosities by means of the multifractal analysis. We find clear evidence for self-similar behavior of the whole luminosity-space distribution. These results confirm and extend those of Coleman \& Pietronero (1992).

연구 동기 및 목표

• 상관 함수를 사용하여 페르세우스-피스케스 적색편이 조사에서 은하의 공간 분포를 조사한다.
• 표본 크기의 함수로 상관 길이를 분석하여 은하 군집에서 밝기 분리의 존재를 검증한다.
• 이중상관 함수를 초월하여 수밀도 및 수세기 수를 연구함으로써 분수적 성질을 분석한다.
• 다중분수 분석을 통해 공간-밝기 분포의 통합적 분석을 수행하여 밝기 및 위치 간 자가유사성 여부를 평가한다.
• 기존 연구에서의 모순을 해결하기 위해, 밝기 한정 표본 대신 부피 한정(VL) 표본을 분석한다.

제안 방법

• 은하 군집 정도와 분수 차원 D를 결정하기 위해 이중상관 함수 Γ(r)를 측정한다.
• 표본 크기의 함수로 상관 길이 r₀(ξ(r₀) = 1로 정의)를 분석하여 밝기 분리 여부를 검증한다.
• 부피 한정(VL) 표본에서 수밀도 n(r)과 수세기 N(m)을 연구하여 더 큰 스케일에서의 분수적 행동을 탐색한다.
• 전체 밝기-공간 분포에 대해 다중분수 분석을 적용하여 위치와 밝기 간 자가유사적 스케일링을 탐지한다.
• 적색편이 조사 데이터를 사용하며, 밝기 기반으로 부피 한정(VL) 표본으로 나누어 밝기 한정 편향을 피한다.
• VL 표본의 결과를 전통적인 밝기 한정 표본과 비교하여 N(m)과 n(r) 행동의 방법론적 차이를 부각한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르세우스-피스케스 조사에서 은하 분포는 분수적 스케일링을 보이며, 그 깊이는 어느 정도인가?
• RQ2 다양한 표본 크기에서 상관 길이 r₀에 대한 밝기 분리에 대한 실증적 증거가 있는가?
• RQ3 부피 한정 표본에서의 수밀도 n(r)과 수세기 N(m)은 분수 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 다중분수 분석에 의해 나타나는 바와 같이, 공간-밝기 분포의 통합적 분포는 자가유사적인가?
• RQ5 기존의 밝기 한정 분석에서 N(m)이 은하 분포의 진정한 분수적 성질을 가리킬 수 있는가?

주요 결과

• 이중상관 함수 Γ(r)는 30 h⁻¹ Mpc 정도의 효과적 깊이까지 분수 차원 D ≈ 2인 거듭제곱 법칙을 따르며, 분수적 스케일링을 보인다.
• 표본 크기의 변화에 따라 상관 길이 r₀가 체계적으로 변하지 않음을 확인하여, 밝기 분리에 대한 증거가 없다.
• 수밀도 n(r) 관계를 통해 분수 분석을 120–140 h⁻¹ Mpc 까지 연장할 수 있으며, 지속적인 분수적 구조를 확인한다.
• 부피 한정 표본에서의 수세기 N(m)은 밝기 한정 표본보다 분수 예측과 더 잘 일치한다.
• 다중분수 분석은 은하의 전체 밝기-공간 분포에서 명확한 자가유사적 행동을 드러낸다.
• 결과는 콜먼과 피에트로네로(1992)의 이전 연구를 확인하고 확장하며, 은하 분포의 대규모 분수적 구조를 지지한다.