[논문 리뷰] The Concerning S$H_0$ES Hubble Constant

D. Majaess|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 23.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 S$H_0$ES 허블 상수 측정값($H_0 \approx 73$ km/s/Mpc)의 정밀도에 도전하며, 18년 간의 데이터에도 불구하고 시퍼드 광도 측정, 금속성 보정, NGC4258까지의 거리 추정에서 지속적인 모순이 존재함에 따라 진정한 허블 긴장 현상의 주장이 흔들린다고 주장한다. 이를 바탕으로 확증 편향과 해결되지 않은 체계적 오차를 방지하기 위해 HST 시퍼드 이미지의 독립적이고 블라인드 재분석을 촉구한다.

ABSTRACT

Concerns are raised regarding the S$H_0$ES results, and the present $H_0$ controversy. The S$H_0$ES $H_0 \simeq 73$ km/s/Mpc has remained relatively unaltered across $18$ years (2005-2023), despite marked shifts in maser and Cepheid distances to the keystone galaxy NGC4258 (M106), and changes in the slope, zeropoint, metallicity, and extinction terms tied to the Leavitt Law, and notwithstanding uncertain photometry for remote Cepheids spanning galaxies with highly inhomogeneous crowding and surface brightness profiles. Concerns raised regarding the S$H_0$ES findings by fellow researchers are likewise highlighted. An independent blind assessment of the entire suite of raw HST Cepheid images is warranted, while being mindful of extit{a priori} constraints and confirmation bias that unwittingly impact conclusions.

연구 동기 및 목표

• 지속적인 시퍼드 거리 측정의 모순으로 인해 S$H_0$ES의 $H_0 \approx 73$ km/s/Mpc 측정값의 신뢰성에 의문을 제기하고자 한다.
• 시퍼드 법칙의 미해결 문제, 특히 변동하는 제로포인트, 기울기, 금속성 의존성 등을 강조하여 $H_0$ 보정에 영향을 미친다.
• 특히 고표면광도 영역에서의 광도 오염과 혼잡함이 외성간 시퍼드 광도 측정에 미치는 영향을 강조하고자 한다.
• 확증 편향과 사전 제약 조건을 줄이기 위해 모든 원시 HST 시퍼드 이미지의 독립적이고 블라인드 재평가를 촉구하고자 한다.
• CMB와 시퍼드 기반 $H_0$ 추정치 간의 합의가 없고 체계적 오차가 계속 존재하는 상황에서 허블 긴장 현상 주장의 타당성을 재고하고자 한다.

제안 방법

• 역사적 $H_0$ 추정치를 Huchra 데이터베이스에서 분석하여 $H_0$ 측정의 장기적인 불확실성과 불안정성을 규명한다.
• HST 데이터를 사용한 NGC4258로의 시퍼드 거리 측정에서의 이질성, 특히 Maoz 등(1999), Newman 등(2001), Macri 등(2006)의 결과 간 괴리점을 검토한다.
• LMC, SMC, Milky Way, NGC4258의 데이터를 바탕으로 다양한 금속성에서의 시퍼드 법칙 기울기와 제로포인트를 평가한다.
• 적외선 적색 클러스터 별과 혼잡한 영역에서의 광도 오염이 외성간 시퍼드 광도 측정에 미치는 영향을 평가한다.
• S$H_0$ES 결과와 TRGB 및 시퍼드 방법을 이용한 다른 $H_0$ 추정치(예: Freedman & Madore, 2023a)를 비교하여 CMB 결과와의 일치를 강조한다.
• 확증 편향과 체계적 오차를 제거하기 위해 모든 원시 HST 시퍼드 이미지의 블라인드이고 편향 없는 재분석을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 18년 간의 시퍼드 및 마저 거리 측정 변화에도 불구하고 S$H_0$ES의 $H_0$ 값이 약 73 km/s/Mpc로 거의 변화하지 않은 이유는 무엇인가?
• RQ2 원거리 시퍼드의 HST 이미지에서의 광도 오염과 혼잡함이 $H_0$ 측정 정확도에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 연구에서의 시퍼드 법칙 매개변수(기울기, 제로포인트, 금속성 의존성) 간의 괴리가 $H_0$ 보정의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 허블 긴장 현상은 새로운 물리학이 아니라 해결되지 않은 체계적 오차 때문일 수 있는가?
• RQ5 금속성, 투명도, 혼합 현상 간의 다중해석성이 NGC4258와 Cen A와 같은 은하의 시퍼드 거리 측정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• S$H_0$ES의 $H_0$ 추정치인 약 73 km/s/Mpc는 2005~2023년 동안 거의 변화하지 않았지만, 이는 NGC4258로의 마저 및 시퍼드 거리 측정의 상당한 변화에도 불구하고 지속된다.
• HST의 두 영역 간 시퍼드 거리 측정에서 0.16 mag의 오프셋이 관측되어 현저한 영역 간 변동성과 오염 가능성을 시사한다.
• 금속성이 낮은 환경(예: 마젤란운)에서의 시퍼드 법칙 기울기($\alpha$)는 $-3.3$으로 보고되었으며, 이는 S$H_0$ES의 이른바 near-solar 금속성에서의 $-2.98 \pm 0.07$와 모순된다.
• S$H_0$ES 팀은 이전에 NGC3021 시퍼드에 대해 $\alpha = -2.60 \pm 0.24$로 추정했으나, 이후 $\alpha \simeq -3.3$으로 수정하여 자체 보정 방법의 일관성 부족을 드러낸다.
• Macri 등(2006)은 금속성 의존성 제로포인트를 $\gamma = -0.29 \pm 0.09$ mag/dex로 제안했지만, 이는 Majaess(2010) 등이 보여준 바와 같이 $W_{VI}$ 함수가 금속성에 대해 상대적으로 민감하지 않다는 증거와 충돌한다.
• TRGB 방법을 이용한 다른 $H_0$ 추정치(예: Freedman & Madore, 2023a)는 CMB 결과와 일치하며, 이는 S$H_0$ES의 $H_0$가 해결되지 않은 체계적 오차로 인해 과대평가되었을 가능성을 시사한다.