[논문 리뷰] The extended ROSAT-ESO Flux-Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) V. Exploring a local underdensity in the Southern Sky

H. Boehringer, Gayoung Chon외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 47인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 REFLEX II X선 은하단 조사 자료를 활용해 남반천의 대규모 구조를 맵핑하며, 적색이동 z = 0에서 0.04 사이에 30–40%의 밀도 부족이 관측되었고, 유의미도 >3.4σ로 나타났다. 이 밀도 부족은 남천구면에 국한되어 있으며 등방적이지 않아, 암흑 에너지 없이 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 큰 구형 공허가 필요하다는 모델에 도전한다.

ABSTRACT

Several claims have been made that we are located in a locally underdense region of the Universe based on observations of supernovae and galaxy density distributions. Two recent studies of K-band galaxy surveys have provided new support for a local underdensity in the galaxy distribution out to distances of 200 - 300 Mpc. If confirmed, such large local underdensities would have important implications on the interpretation of local measurements of cosmological parameters. Galaxy clusters have been shown to be ideal probes to trace the large-scale structure of the Universe. In this paper we study the local density distribution in the southern sky with the X-ray detected galaxy clusters from the REFLEX II cluster survey. From the normalized comoving number density of clusters we find an average underdensity of ~30 - 40% in the redshift range out to z ~0.04 (~170 Mpc) in the southern extragalactic sky with a significance larger than 3.4sigma. On larger scales from 300 Mpc to over 1 Gpc the density distribution appears remarkably homogeneous. The local underdensity seems to be dominated by the South Galactic Cap region. A comparison of the cluster distribution with that of galaxies in the K-band from a recent study shows that galaxies and clusters trace each other very closely in density. In the South Galactic Cap region both surveys find a local underdensity in the redshift range z= 0 to 0.05 and no significant underdensity in the North Galactic Cap at southern latitudes. Our results to not support cosmological models that attempt to interpret the cosmic acceleration by a large local void, since the local underdensity we find is not isotropic and limited to a size significantly smaller than 300 Mpc radius.

연구 동기 및 목표

• REFLEX II 조사를 활용해 남반천 간성외 천구의 은하단 대규모 밀도 분포를 평가하기.
• 은하단 분포의 지역적 밀도 부족이 암흑 에너지를 제거하고 초신성 데이터를 설명하기 위해 큰 공허를 통해 우주의 가속 팽창을 설명하는 대체 우주론 모델을 지원하는지 테스트하기.
• K-band 조사 자료에서의 은하 밀도와 은하단 밀도를 비교해 은하단과 은하가 같은 대규모 구조를 따라가는지 평가하기.
• 어느 지역 밀도 부족의 크기, 유의미도, 공간적 범위를 정량화하고, 이를 우주론적 파rameter 추정에 미치는 영향 평가하기.
• 관측된 밀도 부족이 암흑 에너지를 제거하고 초신성 데이터를 설명하기 위해 제안된 최소 공허 모델의 요구 조건을 충족하는지 평가하기.

제안 방법

• 확장된 ROSAT-ESO 밀도 한계 X선 은하단 조사(REFLEX II)에서 유도된 밀도 한계 X선 은하단 샘플을 활용해 남반천 간성외 천구를 커버한다.
• 적색이동 밴드까지 z ≈ 0.3까지 은하단의 정규화된 공동 운동 수밀도를 측정해 대규모 구조를 맵핑하고 균일성에서의 이탈을 식별한다.
• 통계적 검정을 통해 밀도 부족의 유의미도를 계산하며, 신뢰도가 >3.4σ 이상일 경우 강력한 검출로 간주한다.
• 은하단 편향 모델(편향 요소 2.5–3)을 적용해 관측된 은하단 밀도 부족으로부터 기저 물질 밀도 부족을 추론한다.
• Whitbourn & Shanks (2014) 및 기타 조사의 K-band 은하 자료와 은하단 밀도 분포를 비교해 대규모 구조의 교차 추적 여부를 평가한다.
• 천구면의 북반구와 남반구 간의 공간 분포를 분석해 밀도 부족의 이방성과 방향 의존성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 남반천의 X선으로 탐지된 은하단 분포에 유의미한 지역적 밀도 부족이 존재하는가?
• RQ2 관측된 은하단 밀도 부족은 기저 물질 분포의 대응하는 밀도 부족을 암시하는가? 그 크기는 얼마나 되는가?
• RQ3 밀도 부족은 등방적인가, 아니면 특정 영역, 예를 들어 남천구면에 국한되어 있는가?
• RQ4 은하단과 K-band 은하는 남반천에서 같은 대규모 밀도 변동을 따라가는가?
• RQ5 관측된 밀도 부족은 암흑 에너지를 제거하고 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 제안된 공허 모델과 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 남반천 간성외 천구에서 적색이동 범위 z = 0에서 0.04 사이에 X선으로 탐지된 은하단의 공동 운동 수밀도에 대해 30–40%의 유의미한 밀도 부족이 관측되었으며, 그 유의미도 >3.4σ이다.
• 밀도 부족은 남천구면에 강하게 국한되어 있으며 북천구면에서는 관측되지 않아 대규모 구조의 이방성을 나타낸다.
• 은하단 밀도 부족은 은하단 편향(b ≈ 2.5–3)을 고려한 후 기저 물질 분포에 약 15%의 밀도 부족을 암시한다.
• ΛCDM 우주론 가정 하에 이 지역의 국소 허블 상수는 우주 평균보다 약 3% 높게 추정된다.
• 관측된 밀도 부족은 너무 작고 이방적이므로, 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 반경 약 300 Mpc의 구형 공허가 필요하다는 최소 공허 모델을 지지하지 못한다.
• 남반천에서 은하와 은하단 분포는 같은 밀도 변동을 따라가며, 양 조사 모두 남천구면에서 약 40%의 밀도 부족을 보이고 북천구면에는 유의미한 부족이 없다.