[논문 리뷰] The large scale inhomogeneity of the galaxy distribution

Francesco Sylos Labini|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 슬론 디지털 스카이 서베이 데이터를 사용하여 대규모 은하 구조를 매핑하는 새로운 방법을 제시하며, 은하 분포가 약 30 Mpc/h 초과에서 큰 폭의 비자기 평균 밀도 변동을 보임을 입증한다. 이는 30 Mpc/h 이하에서 분形 차원 D = 2.1 ± 0.1이며, 100 Mpc/h 이하의 척도에서 균일성과 호환되지 않는 비균일성이 존재하며, 표준 천체역학 모델과 N-체 시뮬레이션과도 일치하지 않는다.

ABSTRACT

The properties of the galaxy distribution at large scales are usually studied using statistics which are assumed to be self-averaging inside a given sample. We present a new analysis able to quantitatively map galaxy large scale structures while testing for the stability of average statistical quantities in different sample regions. We find that the newest samples of the Sloan Digital Sky Survey provide unambiguous evidence that galaxy structures correspond to large amplitude density fluctuations at all scales limited only by sample sizes. The two-point correlations properties are self-averaging up to approximately 30 Mpc/h and are characterized by a fractal dimension D=2.1 +- 0.1. Then at all larger scales probed density fluctuations are too large in amplitude and too extended in space to be self-averaging inside the considered volumes. These inhomogeneities are compatible with a continuation of fractal correlations but incompatible with: (i) a homogeneity scale smaller than 100 Mpc/h, (ii) predictions of standard theoretical models, (iii) mock galaxy catalogs generated from cosmological Nbody simuations.

연구 동기 및 목표

• 대규모 조사의 다양한 영역에서 은하 통계의 자기 평균 행동을 테스트하기 위해.
• 은하 분포에서의 대규모 밀도 변동의 범위와 폭을 정량화하기 위해.
• 관측된 구조물이 균일성 가정과 표준 천체역학 모델과 호환되는지 평가하기 위해.
• N-체 시뮬레이션에서 유도된 모의 은하 카탈로그가 관측된 대규모 비균일성을 재현하는지 평가하기 위해.
• 은하 군집화가 자기 평균 행동에서 비자기 평균 행동으로 전이되는 척도를 결정하기 위해.

제안 방법

• 통계적 안정성을 평가하기 위해 슬론 디지털 스카이 서베이의 여러 영역에서 이중 상관 함수를 분석하기 위해.
• 다양한 적색이동 및 공간 간격에서 군집화 행동을 특징짓기 위해 척도에 따라 변하는 분형 차원 D를 사용하기 위해.
• 천체역학적 N-체 시뮬레이션과 모의 은하 카탈로그에서 유도된 상관 속성과 관측된 상관 속성을 비교하기 위해.
• 서베이의 부분 부문에서 상관 함수의 분산을 검토하여 자기 평균성을 시험하기 위해.
• 변동이 너무 크고 공간적으로 너무 넓어 조사된 부문 내에서 통계적으로 자기 평균이 되지 않는 전이 척도 (~30 Mpc/h)를 정의하기 위해.
• 관측된 구조물이 100 Mpc/h 이하의 균일성 척도 가정과 일관된지 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 슬론 디지털 스카이 서베이의 다양한 영역에서 은하 상관 통계는 어느 정도 자기 평균 행동을 보이는가?
• RQ2 대규모 밀도 변동이 너무 크고 너무 넓어 자기 평균이 되지 않는 척도는 무엇인가?
• RQ3 관측된 은하 군집화의 분형 차원 D는 표준 천체역학 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 대규모 비균일성은 N-체 시뮬레이션에서 유도된 모의 은하 카탈로그와 호환되는가?
• RQ5 관측된 은하 분포는 100 Mpc/h 이하의 균일성 척도를 지지하는가?

주요 결과

• 은하 이중 상관 함수는 약 30 Mpc/h까지 자기 평균이 되며, 분형 차원 D = 2.1 ± 0.1이다.
• 30 Mpc/h 초과에서는 밀도 변동이 폭이 너무 크고 공간적으로 너무 넓어 조사된 부문 내에서 통계적으로 자기 평균이 되지 않는다.
• 관측된 대규모 비균일성은 100 Mpc/h 이하의 균일성 척도와 호환되지 않는다.
• 관측된 군집화 속성은 표준 이론적 천체역학 모델의 예측과 일치하지 않는다.
• 슬론 디지털 스카이 서베이에서 관측된 구조물은 천체역학적 N-체 시뮬레이션에서 유도된 모의 은하 카탈로그에서 재현되지 않는다.
• 자료는 대규모에서 분형 상관관계가 계속됨을 시사하며, 일반적으로 균일성으로 간주되는 척도를 초월해 지속적인 비균일성이 존재함을 나타낸다.