[논문 리뷰] The ESO Slice Project [ESP] galaxy redshift survey: V. Evidence for a D=3 sample dimensionality

Scaramella, R., Guzzo, L.외 18명|arXiv (Cornell University)|1998. 03. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 ESO 슬라이스 프로젝트(ESP)와 아벨 클러스터에서 은하의 공간 분포를 반경 밀도 스케일링을 사용하여 분석하여 3차원(D=3) 표본 차원성이 강력한 증거를 보인다. 설문의 깊이 제한과 k보정 불확실성에도 불구하고 분석은 D≈2를 5σ 이상의 유의수준에서 기각하며, 대규모 스케일에서 균일성이라는 표준 천체역학 가정을 지지한다.

ABSTRACT

The issue of the approximate isotropy and homogeneity of the observable universe is one of the major topics in modern Cosmology: the common use of the Friedmann-Robertson-Walker [FWR] metric relies on these assumptions. Therefore, results conflicting with the ``canonical'' picture would be of the utmost importance. In a number of recent papers it has been suggested that strong evidence of a fractal distribution with dimension D~2 exists in several samples, including Abell clusters [ACO] and galaxies from the ESO Slice Project redshift survey [ESP].Here we report the results of an independent analysis of the radial density run,N(<R)~R^D, of the ESP and ACO data. For the ESP data the situation is such that the explored volume, albeit reasonably deep, is still influenced by the presence of large structures. Moreover, the depth of the ESP survey (z<0.2) is such to cause noticeable effects according to different choices of k-corrections, and this adds some additional uncertainty in the results. However, we find that for a variety of volume limited samples the dimensionality of the ESP sample is D~3, and the value $D = 2$ is always excluded at the level of at least five (bootstrap) standard deviations. The only way in which we reproduce D~2 is by both unphysically ignoring the galaxy k-correction and using Euclidean rather than FRW cosmological distances. In the cluster case the problems related to the choice of metrics and k-correction are much lessened, and we find that ACO clusters have D_{ACO} = 3.07 +- 0.18 and D_{ACO} = 2.93 +- 0.15 for richness class R \\geq 1 and R \\geq 0, respectively. Therefore D=2 is excluded with high significance also for the cluster data.

연구 동기 및 목표

• ESO 슬라이스 프로젝트(ESP) 은하 적색편이 설문의 공간 차원성을 시험하여 대규모 스케일의 균일성을 평가하기 위해.
• 이전 연구에서 제안한 바와 같이 은하의 관측된 분포가 D≈2의 분수형 구조와 일치하는지 평가하기 위해.
• k보정 불확실성과 천체역학적 거리 정의의 변화에 따른 차원성 추정치의 안정성 검토하기 위해.
• k보정 문제에 덜 영향을 받는 아벨 클러스터 카탈로그(ACO)와 ESP 은하 샘플의 결과를 비교하기 위해.
• 일부 연구에서 관측된 D≈2 차원성이 물리적으로 비합리적인 모델링 선택의 산물인지 여부를 규명하기 위해.

제안 방법

• 은하와 클러스터의 반경 누적 밀도 수 N(<R)을 거리 R의 함수로 측정하여 스케일링 행동 N(<R) ∝ R^D 를 평가하기 위해.
• 선택 효과를 최소화하고 다양한 적색편이 범위에서 통계적 안정성을 확보하기 위해 부피 제한 샘플을 적용하기 위해.
• 유의수준과 불확실성을 추정하기 위해 부트스트랩 재표본 기법을 사용하기 위해.
• 메트릭 선택의 영향을 평가하기 위해 유클리드 거리와 프리드만-로버트슨-워커(FRW) 천체역학적 거리 모두를 사용하여 결과를 비교하기 위해.
• k보정 가정의 민감도를 시험하기 위해 물리적(수정되지 않은) k보정과 비물리적, 忽시된 k보정을 비교하기 위해.
• k보정 영향을 줄인 더 명확한 테스트 케이스를 제공하기 위해 빈도 등급 R≥1 및 R≥0을 갖는 아벨 클러스터 카탈로그(ACO)를 분석하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ESP 설문에서 은하의 공간 분포는 이전 연구에서 제안한 바와 같이 D≈2의 분수형 차원성과 일치하는가?
• RQ2 k보정 불확실성과 천체역학적 거리 정의의 변화는 ESP 샘플의 유추된 차원성 D에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 D≈2 차원성이 k보정을 忽시하는 비물리적 모델링 선택을 통해 재현될 수 있는가?
• RQ4 아벨 클러스터 카탈로그(ACO)의 차원성 D는 얼마이며, D≈2 가설을 지지하는가 아니면 반박하는가?
• RQ5 D=3 결과는 다양한 샘플 선택과 천체역학적 가정에 대해 얼마나 견고한가?

주요 결과

• ESO 슬라이스 프로젝트(ESP) 은하 샘플의 경우, 다양한 부피 제한 샘플에서 차원성 D가 일관되게 약 3으로 발견된다.
• 부트스트랩 재표본 기법을 사용하여 D=2는 최소 5표준편차의 유의수준에서 기각되며, 강력한 통계적 기각을 의미한다.
• D≈2가 재현되는 유일한 시나리오는 k보정을 비물리적으로 忽시하고, FRW 천체역학적 거리 대신 유클리드 거리를 사용할 때 뿐이다.
• 아벨 클러스터 카탈로그(ACO)의 경우, 빈도 등급 R≥1에 대해 D_{ACO} = 3.07 ± 0.18, R≥0에 대해 D_{ACO} = 2.93 ± 0.15 로 측정되었으며, 모두 D=3과 일치한다.
• k보정 영향에 덜 민감한 클러스터 데이터는 D=2가 높은 유의수준에서 기각됨을 강력하게 독립적으로 확인한다.