[논문 리뷰] Voids in the LCRS versus CDM Models

V. Muêller, Sepideh Arbabi Bidgoli외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 05. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 42

한 줄 요약

이 연구는 라스 캠파냐스 적색편이 조사(Las Campanas Redshift Survey, LCRS)의 2차원 단면에서 공극 크기 분포를 분석하여 냉각 암흑물질(Cold Dark Matter, CDM) 천체역학 모델을 시험한다. 공극 탐지 알고리즘과 환경 밀도 임계값을 사용하여 중앙값 공극 크기가 평균 은하 간격과 비례함을 발견하였으며, 이는 $ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ 로 표현되며, 은하 편향이 천체역학 모델 간의 차이보다 공극 통계에 더 큰 영향을 미친다.

ABSTRACT

We have analyzed the distribution of void sizes in the two-dimensional slices of the Las Campanas Redshift Survey (LCRS). Fourteen volume-limited subsamples were extracted from the six slices to cover a large part of the survey and to test the robustness of the results against cosmic variance. Thirteen samples were randomly culled to produce homogeneously selected samples. We then studied the relationship between the cumulative area covered by voids and the void size as a property of the void hierarchy. We find that the distribution of void sizes scales with the mean galaxy separation, $λ$. In particular, we find that the size of voids covering half of the area is given by $D_{med} \approx λ+ (12\pm3) \h^{-2}$Mpc. Next, by employing an environmental density threshold criterion to identify mock galaxies, we were able to extend this analysis to mock samples from dynamical $n$-body simulations of Cold Dark Matter (CDM) models. To reproduce the observed void statistics, overdensity thresholds of $δ_{th} \approx 0 ... 1$ are necessary. We have compared standard (SCDM), open (OCDM), vacuum energy dominated ($Λ$CDM), and broken scale invariant CDM models (BCDM): we find that both the void coverage distribution and the two-point correlation function provide important and complementary information on the large-scale matter distribution. The dependence of the void statistics on the threshold criterion for the mock galaxy indentification shows that the galaxy biasing is more crucial for the void size distribution than are differences between the cosmological models.

연구 동기 및 목표

• 우주의 변동성에 대비해 통계적 안정성을 확보하기 위해 여러 부피 제한된 부분집합을 사용하여 LCRS의 공극 크기 통계의 강인성을 시험하기 위해.
• LCRS의 공극 크기 분포가 다양한 CDM 천체역학 모델(SCDM, OCDM, ΛCDM, BCDM)을 구분할 수 있는지 조사하기 위해.
• n-체 시뮬레이션에서 생성된 모의 샘플과 관측 데이터를 비교하여 은하 편향이 공극 통계에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 공극 커버리지와 크기 분포가 대규모 구조를 탐색하는 데 있어서 두 점 상관 함수와 보완적인 정보를 제공하는지 여부를 판단하기 위해.
• LCRS에서 다양한 은하 밀도 영역에 걸쳐 공극 크기의 일반화된 척도 관계를 수립하기 위해.

제안 방법

• 우주의 변동성을 최소화하고 통계적 강인성을 확보하기 위해 LCRS의 여섯 개 2차원 단면에서 14개의 부피 제한 부분집합을 추출하였다.
• 공극 탐지 알고리즘(Kauffmann & Melott, 1992)을 적용하여 투영된 은하 분포에서 볼록하고 최대 크기의 공극을 식별하였다.
• 정규화된 공극 크기 $ \mu = D/D_{\text{med}} $ 를 사용하여 공극 계층 구조를 누적 면적 커버리지의 함수로 정량화하였다.
• 환경 밀도 임계값 $ \delta_{\text{th}} $ 를 사용하여 CDM 모델의 n-체 시뮬레이션에서 모의 은하 샘플을 생성하여 은하 편향을 시뮬레이션하였다.
• 두 파ram터 척도 관계 $ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ 를 사용하여 공극 크기 분포를 피팅하였으며, 여기서 $ \lambda $ 는 평균 은하 간격을 의미한다.
• 모델 간의 공극 커버리지와 두 점 상관 함수를 비교하여 천체역학적 민감도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LCRS의 공극 크기 분포는 평균 은하 간격과 어떻게 비례하는가? 이는 일반화된 척도 관계로 기술될 수 있는가?
• RQ2 표준 CDM 모델이 관측된 LCRS의 공극 크기 분포, 특히 큰 공극에 대해 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 모의 시뮬레이션에서 은하 편향 임계값의 선택에 따른 공극 통계의 민감도는 천체역학 모델 간의 차이보다 더 큰가?
• RQ4 공극 커버리지 통계는 대규모 구조를 제약하는 데 있어서 두 점 상관 함수와 보완적인 정보를 제공할 수 있는가?
• RQ5 공극 크기 분포는 관측된 은하의 절대 등급 범위에 의존하는가, 아니면 주로 평균 은하 밀도에 의해 결정되는가?

주요 결과

• LCRS에서 중앙값 공극 크기는 평균 은하 간격과 비례하며, $ D_{\text{med}} \approx \lambda + (12 \pm 3)\,h^{-1}\text{Mpc} $ 로 표현되며, 이는 자가유사적 공극 계층을 시사한다.
• 고편향 임계값($ \delta_{\text{th}} = 1 $ 및 $ \delta_{\text{th}} = 2 $)을 가진 $ \Lambda $CDM 및 BCDM 모델의 모의 샘플이 관측된 큰 공극의 빈도를 가장 잘 재현한다.
• 편향 임계값 $ \delta_{\text{th}} = 2 $ 를 가진 OCDM 모델은 충분한 대규모 상관성 진폭을 보이지 않아 데이터와의 일치 능력에 제한을 받는다.
• 공극 크기가 $ 2.5D_{\text{med}} $ 를 초과하는 경우의 빈도는 강하게 억제되어 있으며, 이는 더 큰 척도에서 균일성으로의 전이를 시사한다.
• 공극 크기 분포는 물질 밀도나 초기 스펙트럼 형상과 같은 천체역학적 파rameter보다 은하 편향에 더 민감하다.
• 공극 크기 분포는 관측된 은하 샘플의 절대 등급 범위에 거의 의존하지 않으며, 다양한 등급 제한 부분집합 간 중앙값 공극 크기의 차이는 15% 미만이다.