[논문 리뷰] Updated analysis of near-infrared background fluctuations

Bin Yue, Andrea Ferrara외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 11.

Particle Detector Development and Performance인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 근적외선배경(NIRB) 변동성을 해석하는 데 발생하는 갈등을 해결하여, CIBER 1.1/1.6 μm와 스피처 3.6 μm 대역 간 상관관계가 초기 블랙홀이 아닌 밀려난 은하수 빛(DGL) 때문임을 보여준다. DGL 성분은 대규모 변동을 설명하며, 이로 인해 직접 붕괴 블랙홀(DCBH) 시나리오는 유지 가능해지고, 필요한 DCBH 농도는 최대 30% 감소한다.

ABSTRACT

The power spectrum of Near InfraRed Background (NIRB) fluctuations measured at 3.6 $μ$m by { t Spitzer} shows a clustering excess over the known galaxies signal that has been interpreted in terms of early ($z\simgt 13$), accreting (direct collapse) black holes (DCBH) or low-$z$ intrahalo light (IHL). In addition, these fluctuations correlate with the cosmic X-ray background (CXB) measured at (0.5-2) keV, supporting the black hole explanation. This scenario has been questioned by the recent detection of a correlation between the two { t CIBER} 1.1/1.6 $μ$m bands with the 3.6 $μ$m { t Spitzer} one. This correlation is hardly explained by early DCBHs that, due to intergalactic absorption, cannot contribute to the shortest wavelength bands. Here we show that the new correlation is caused instead by a Diffuse Galactic Light (DGL) component arising from Galactic stellar light scattered by dust. The black hole interpretation of the excess remains perfectly valid and, actually, the inclusion of DGL allows less demanding (by up to about 30\%) requirements on the DCBH abundance/mass.

연구 동기 및 목표

• 관측된 NIRB 변동성 간 상관관계(1.1/1.6 μm, CIBER)와 3.6 μm(Spitzer) 간의 명백한 모순을 해결하기 위해.
• 수은의 DGL 성분이 대각도에서 관측된 상관관계를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• DGL을 포함시킬 경우, NIRB 군집 초과를 설명하기 위해 필요한 초기 DCBH의 질량 또는 농도가 얼마나 감소하는지 평가하기 위해.
• DCBH 시나리오가 관측된 3.6 μm NIRB와 천체적 X선 배경(CXB) 변동성 간 상관관계와 일관된지 테스트하기 위해.
• DCBH 모델이 3.6 μm 자기상관 및 3.6 μm–CXB 상관 스펙트럼을 동시에 잘 맞출 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 3.6 μm 자기상관 스펙트럼을 DGL, 저적도 은하의 셸터 노이즈, DCBH에서 기인하는 군집 성분의 합으로 모델링하기 위해.
• 작은 스케일에서 셸터 노이즈 지배( l ≳ 10^4)를 이용해 CIBER 1.1 및 1.6 μm 데이터에서 셸터 노이즈 성분(C_SN)을 분리하기 위해.
• 큰 스케일에서 DGL 성분을 1.1 × 3.6 μm 및 1.6 × 3.6 μm 상관 스펙트럼에 적합시키기 위해(대역 간 완전한 상관성 가정).
• DCBH 기여를 3.6 μm 자기상관 및 3.6 μm–CXB 상관 스펙트럼에 대해 기준 및 감소된 질량 밀도 모델(ρ_• = 4×10^5 및 2.7×10^5 M⊙ Mpc⁻³)을 사용해 모델링하기 위해.
• 총 예측 스펙트럼(DGL + 저적도 소스 + DCBHs)을 스피처 및 Cappelluti 등(2013)의 CXB 데이터와 비교하기 위해.
• DCBH 모델이 1.5 keV에서의 미해결 CXB 강도 한계(Moretti 등, 2012)와 일관된지 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 CIBER 1.1/1.6 μm와 스피처 3.6 μm NIRB 변동성 간 상관관계가 초기 DCBH가 아닌 DGL 성분으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 DGL을 포함시킬 경우, NIRB 군집 초과를 설명하기 위해 필요한 DCBH 질량 밀도나 농도가 얼마나 감소하는가?
• RQ3 DCBH 모델은 관측된 3.6 μm–CXB 상관 스펙트럼과 일관성이 있는가?
• RQ4 DCBH가 기여하는 CXB 자기상관 스펙트럼 예측치가 관측 한계와 일치하는가?
• RQ5 DGL 성분만으로 3.6 μm 스펙트럼의 대규모 변동을 설명할 수 있으며, 저적도 은하가 작은 스케일에서 주로 셸터 노이즈 기여를 하는가?

주요 결과

• 큰 스케일에서( l ≲ 300), 1.1 × 3.6 μm 및 1.6 × 3.6 μm 상관 스펙트럼은 그 스케일에서 주로 DGL 성분이 지배하는 것으로 잘 맞아떨어진다.
• 3.6 μm 자기상관 스펙트럼에서 DGL 성분이 관측된 대규모 변동을 충분히 설명하며, 저적도 은하의 기여는 주로 작은 스케일에서 셸터 노이즈로 나타난다.
• DGL을 포함시킴으로써 필요한 DCBH 질량 밀도가 약 30% 감소하여, DCBH 시나리오의 요구 조건이 완화된다.
• DGL과 저적도 소스를 포함한 DCBH 모델은 모든 스케일에서 스피처 3.6 μm 자기상관 스펙트럼을 잘 맞춘다.
• DCBH 기여가 3.6 μm–CXB 상관 스펙트럼에 관측된 데이터와 일치하며, DCBH 기인 CXB 자기상관 스펙트럼 예측치는 미해결 CXB 강도 한계 이하에 머문다.
• 모델은 3.6 μm 이하 파장에서 NIRB–CXB 상관관계의 현저한 억제를 예측하며, 간성간 흡수로 인해 DCBH 기여가 없음을 반영한 것으로 일관된다.