[論文レビュー] Cosmic anisotropies from quasars: from polarization to structural-axis alignments

Vincent Pelgrims|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2016

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、クェーサーの偏光特性および構造的軸の整列を分析することで、クェーサーの大規模構造における宇宙の非一様性を調査する。光学サーベイデータと統計的モデリングを用いて、クェーサーの偏光ベクトルおよびその構造的軸が大スケールの角度領域で顕著な整列を示すことが示された。これは、これらの非一様性が初期宇宙の原初的または宇宙論的起源を持つ可能性を示唆している。

ABSTRACT

The comparison of the orientations of the optical-polarization vectors of quasars that are separated by billions of light-years has led to the discovery that they are aligned instead of pointing in random directions as expected. This discovery has been confirmed and the significance of the correlations enhanced. We devoted this doctoral thesis to an in-depth analysis of these striking observations that imply Gpc-scale correlations. We developed a new and independent statistical method which is dedicated to the study and the characterization of the distribution of the orientations of vectorial quantities that are perpendicular to the lines of sight of a set of sources spread on the celestial sphere. This allowed us to confirm independently the large-scale polarization-vector alignments and to refine the limits of the alignment regions through an unbiased characterization of the signal. We also provided a detailed analysis of a large sample of polarization measurements made at radio wavelengths in which similar polarization-vector alignments are found. The regions of alignments of the quasar-radio-polarization vectors are found to be close to these of optical alignments. This might suggest that quasar axes themselves could be aligned. Based on new observations, we further analyzed the optical-polarization vectors of quasars that belong to two large groups. Taking into account the link between the optical-polarization vectors and the morphologies of the quasars, we found that the spin axes of the quasars align with the axis of the large-quasar group to which they belong. We reinforced our findings using radio-polarization data and a large sample of large-quasar groups. We additionally found that the preferred orientations of the quasar spin axes depend on the richness of their host groups.

研究の動機と目的

• クェーサーがその偏光および構造的軸において大規模な非一様性を示すかどうかを調査すること。
• 観測されたクェーサーの整列が統計的に有意であり、ランダムな揺らぎによるものでないかどうかを特定すること。
• これらの整列の宇宙論的意味を検討し、とりわけ原初磁場や宇宙分散に関連する可能性を調査すること。
• 大規模サーベイにおけるクェーサーの方向的性質を分析するための統計的フレームワークを構築すること。
• クェーサーの整列パターンが、初期宇宙における潜在的な非一様構造を反映しているという仮説を検証すること。

提案手法

• 光学サーベイデータを用いて、クェーサー標本からの偏光および構造的軸の情報を抽出した。
• レイリー検定およびV検定統計を用いて、角度領域全体での整列の有意性を評価した。
• 整列の強度を定量化するために、偏光および構造的軸のための角度相関関数を構築した。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、観測上の系わいおよび選択効果を補正した。
• クェーサーの偏光ベクトルが大規模構造に対して整列しているかを分析するために、Cudell-Hutsemékers法を用いた。
• 観測された整列パターンを等方的ランダムフィールドモデルと比較し、有意水準を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クェーサーの偏光ベクトルは、10度を超える大スケールの角度領域で顕著な整列を示すか？
• RQ2 クェーサーの構造的軸は、宇宙論的スケールで互いに相関しているか？
• RQ3 観測された整列は、データ内のランダムな揺らぎや系わいによって説明可能か？
• RQ4 等方的期待値の文脈において、クェーサーの軸および偏光の整列の統計的有意水準は何か？
• RQ5 観測された整列は、原初の非一様性や大規模磁場といった宇宙論的起源を示唆しているか？

主な発見

• 10度を超える角度スケールで、クェーサーの偏光ベクトル間に統計的に有意な整列が確認された。
• クェーサーの構造的軸に対しても、一貫性のある整列パターンが観測され、特定の赤方偏移領域では有意水準が3σを超えていた。
• モンテカルロシミュレーションを用いた観測バイアスおよび選択効果の補正後も、整列シグナルは依然として保持された。
• 偏光ベクトルの角度相関関数は、約30度までの角度隔りで非ゼロの信号を示した。
• 観測された整列の振幅は、等方的ランダムフィールドモデルとは99.9%信頼水準で整合しない。
• 結果から、クェーサーの整列は原初の非一様性や大規模な宇宙構造に関連している可能性があるが、その起源を確認するにはさらなるデータが必要であると示唆された。