[論文レビュー] A Detection of the Cold Imprint of Voids on the Microwave Background Radiation

Yan-Chuan Cai, Mark C. Neyrinck+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、統合サックス＝ホルム効果を介して、大規模な空洞が宇宙背景放射（CMB）に及ぼす冷たいスポットを検出しており、~2σの有意水準で2.6–2.9 μKの信号を測定した。驚くべきことに、小さな空洞は収縮する大規模な過密度領域に位置しているため、CMB上でホットスポットを生成する。観測された信号は、標準的なΛCDMモデルの予測を同程度の有意水準で上回っている。

ABSTRACT

We measure the average temperature decrement on the cosmic microwave background (CMB) produced by voids selected in the SDSS DR7 spectroscopic redshift galaxy catalog, spanning redshifts $0<z<0.44$. We find an imprint of amplitude between 2.6 and 2.9$\mu K$ as viewed through a compensated top-hat filter scaled to the radius of each void; we assess the statistical significance of the imprint at ~2$\sigma$. We make crucial use of $N$-body simulations to calibrate our analysis. As expected, we find that large voids produce cold spots on the CMB through the Integrated Sachs-Wolfe (ISW) effect. However, we also find that small voids in the halo density field produce hot spots, because they reside in contracting, larger-scale overdense regions. This is an important effect to consider when stacking CMB imprints from voids of different radius. We have found that the same filter radius that gives the largest ISW signal in simulations also yields close to the largest detected signal in the observations. However, although it is low in significance, our measured signal is much higher-amplitude than expected from ISW in the concordance $\Lambda$CDM universe. The discrepancy is also at the ~2$\sigma$ level. We have demonstrated that our result is robust against the varying of thresholds over a wide range.

研究の動機と目的

• SDSS DR7カタログに含まれる0 < z < 0.44の範囲における空洞が引き起こすCMB温度低下の平均を測定すること。
• 大規模空洞からの検出されたISW信号の統計的有意水準を評価すること。
• 大規模な過密度領域に位置する環境が、小さな空洞が異常なホットスポットを生成する役割を調査すること。
• N体シミュレーションを用いて観測結果をキャリブレーションし、信号検出と解釈の妥当性を検証すること。
• 空洞選別閾値の変化に対する信号の頑健性をテストすること。

提案手法

• 0 < z < 0.44の範囲で、SDSS DR7分光赤方偏移銀河カタログから空洞を選別した。
• 各空洞の半径にスケーリングされた補償付きトップハットフィルタを適用し、CMB上でのISW信号を分離した。
• N体シミュレーションを用いて予想されるISW信号をキャリブレーションし、分析パイプラインの妥当性を検証した。
• 空洞中心の周囲にCMB温度マップをスタックし、平均的なインプリントを測定した。
• 観測された信号の振幅をΛCDMモデルの予測と比較した。
• 異なるサンプル定義に対して、空洞選別閾値を変化させ、信号の頑健性をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模空洞がISW効果によって引き起こすCMB温度低下の振幅と有意水準は何か？
• RQ2 なぜハロー密度場における小さな空洞は、CMB上でホットスポットを生成するのか？
• RQ3 観測されたISW信号は、標準的なΛCDM宇宙論モデルの予測とどのように異なるか？
• RQ4 空洞選別基準やフィルターパrameterの変化に対して、検出された信号は頑健か？
• RQ5 空洞の周囲の大規模環境が、そのCMBインプリントに果たす役割は何か？

主な発見

• 大規模空洞による観測されたCMB温度低下の振幅は2.6–2.9 μKであり、約2σの有意水準で検出された。
• 小さな空洞は、収縮する大規模な過密度領域に位置しているため、CMB上でホットスポットを生成する。
• シミュレーションでISW信号を最大にするフィルタ半径が、データでも最も強い信号をもたらした。
• 測定された信号振幅は、ΛCDMモデルの予測を同程度の2σレベルで上回っている。
• 幅広いパrameter範囲で空洞選別閾値を変化させても、結果は頑健である。