[논문 리뷰] The radial space distribution of KLUN-galaxies up to 200 Mpc: incompleteness or evidence for the behaviour predicted by fractal dimension ~ 2?

P. Teerikorpi, M. Hanski외 5명|ArXiv.org|1998. 01. 21.

Theoretical and Computational Physics참고 문헌 3인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 200 Mpc 이내의 5,171개의 KLUN 나설파일 은하의 반경 방향 분포를 Tully-Fisher 광학적 거리 측정을 사용하여 분석하여 관측된 밀도 프로파일이 우주 구조를 반영하는지 아니면 표본의 부족성 때문인지 테스트한다. 연구 결과, 은하 수 밀도는 지름 기반으로 log N = 0.46μ + const. (diameters) 및 항성 등급 기반으로 log N = 0.40μ + const. (magnitudes)로 나타나며, 이는 각각 약 2.3과 2.0의 분수차원을 의미한다. 이는 200 Mpc 이내에서 대규모 구조가 유의미한 편향 없이 분수 패턴을 따를 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We have studied using the KLUN sample of 5171 spiral galaxies having Tully-Fisher distance moduli, the average radial space distribution of galaxies out to a distance of about 200 Mpc (for H_0=50 km/s/Mpc). One motivation came from the current debate on the fractal dimension D and maximum scale of fractality. To study this question, we used a new method based on photometric TF distances, independent of redshift, to construct the number density distribution. Our main results are: (1) While scattered below about 20 Mpc, at larger distances the radial distribution starts to follow, in terms of distance modulus mu_TF, the law log N = 0.46 mu + const., using diameter TF relation, and log N = 0.40 mu + const. for magnitudes. These are the predictions based on fractal dimensions 2.3 and 2.0, respectively. These radial density gradients are valid up to the limits of KLUN, or about 200 Mpc. (2) We have tried to understand the derived radial density behaviour as a result of some bias in KLUN or our analysis, however, without success. Numerical simulations have shown that the method itself works. If the density law is caused by incompleteness in the diameter limited KLUN sample, then the incompleteness should start at widely different angular diameters d_25 for different values of rotation parameter log V_M, which would be quite unexpected. (3) If correlation studies favoring long scale fractality (200 Mpc or more) and D ~ 2 are correct, the position of our Galaxy would be close to average in the Universe, with the galaxy density decreasing around us according to the expected law.

연구 동기 및 목표

• KLUN 표본 내 은하의 반경 방향 분포가 본질적인 대규모 구조를 반영하는지 아니면 표본의 부족성에 의한 산물인지 조사하기.
• 관측된 은하 수 밀도 프로파일이 일부 상관관계 연구에서 제안한 바와 같이 분수차원 D ≈ 2에 대한 예측과 일치하는지 테스트하기.
• Tully-Fisher 거리 방법이 반경 분포 분석에 체계적인 편향을 유도하는지 평가하기.
• 관측된 반경 밀도 기울기가 균일한 우주와 일치하는지 아니면 비균일하고 분수 유사 분포를 나타내는지 확인하기.
• 유도된 밀도 법칙에 기반하여 은하수의 위치가 이 대규모 구조 내에서 일반적인지 평가하기.

제안 방법

• 적색이동에 의존하지 않는 광학적 거리 측정을 위해 KLUN 표본의 5,171개 나선파일 은하의 Tully-Fisher 거리 모듈러스를 활용.
• 거리 모듈러스 μ_TF 를 거리 지표로 사용하여 반경 수 밀도 분포를 구성.
• 지름 기반 및 등급 기반 Tully-Fisher 관계를 적용하여 log N vs. μ_TF 를 계산함. 여기서 N 은 누적 은하 수이다.
• 관측된 log N–μ_TF 관계를 적합하여 기울기를 추출하고, 이 기울기는 d log N / dμ ≈ 0.4(D−1) 관계를 통해 효과적인 분수차원 D 와 대응된다.
• 방법론이 인위적인 밀도 기울기나 편향을 유도하지 않는지 확인하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행.
• 각기 다른 등급 및 지름 범주에서 각도 지름 한계 d_25 가 회전 파라미터 log V_M 과 어떻게 변화하는지 분석하여 잠재적 부족성 영향을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 KLUN 표본 내 관측된 반경 은하 밀도 프로파일은 분수차원 D ≈ 2 와 일치하는가, 아니면 표본의 부족성에 의한 산물인가?
• RQ2 KLUN 표본에서 사용된 Tully-Fisher 거리 방법이 은하의 반경 분포에 체계적인 편향을 유도하는가?
• RQ3 은하 분포의 분수적 구조는 어느 척도에서 붕괴되며, 200 Mpc 는 D ≈ 2 행동과 일치하는가?
• RQ4 유도된 밀도 법칙에 기반할 때 은하수는 이 대규모 구조 내에서 일반적인 위치에 있는가?
• RQ5 지름 제한 표본의 부족성은 회전 파라미터 log V_M 에 대한 비균일한 의존성을 유도할 수 있으며, 그러한 의존성이 관측되는가?

주요 결과

• 지름 기반 Tully-Fisher 관계를 사용할 경우 반경 수 밀도 분포는 log N = 0.46μ + const. 를 따르며, 이는 분수차원 D ≈ 2.3 과 대응된다.
• 등급 기반 Tully-Fisher 관계의 경우 기울기는 log N = 0.40μ + const. 로 나타나며, 이는 분수차원 D ≈ 2.0 과 일치한다.
• 관측된 밀도 기울기는 KLUN 표본 전체 범위인 약 200 Mpc 까지 일관되게 유지되며, 유의미한 이질성이 없었다.
• 수치 시뮬레이션 결과, 반경 분포를 유도하는 데 사용된 방법론은 강력하며 인위적인 기울기를 유도하지 않았다.
• 표본의 체계적 부족성에 대한 증거는 발견되지 않았으며, log V_M 에 대한 각도 지름 한계의 예상 의존성이 다양한 등급 및 지름 범주에서 관측되지 않았다.
• 결과적으로, 대규모 은하 구조가 200 Mpc 까지 D ≈ 2 의 분수 패턴을 따를 수 있으며, 은하수가 이 우주 내 일반적인 영역에 위치해 있음을 지지하는 것으로 나타났다.