[论文解读] Kinematics of the Local Universe. X. H_0 from the inverse B-band Tully-Fisher relation using diameter and magnitude limited samples

T. Ekholm, P. Teerikorpi+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文利用KLUN巡天中5,171个螺旋星系的直径和星等受限样本，通过反B波段Tully-Fisher关系推导哈勃常数H₀。研究发现，反关系在均匀星系分布下得出H₀ ≈ 50 km/s/Mpc，支持与桑德奇长期主张的宇宙距离尺度一致的低H₀值，通过新识别出的校准星选择偏差解决了以往的矛盾。

ABSTRACT

We derive the value of H_0 using the inverse diameter and magnitude B-band Tully-Fisher relations and the large all-sky sample KLUN (5171 spiral galaxies). Our kinematical model was that of Peebles centered at Virgo. Our calibrator sample consisted of 15 field galaxies with cepheid distance moduli measured mostly with HST. A straightforward application of the inverse relation yielded H_0\approx 80 km/sec/Mpc for the diameter relation and H_0\approx 70 km/sec/Mpc for the magnitude relation. H_0 from diameters is about 50 percent and from magnitudes about 30 percent larger than the corresponding direct estimates (cf. Theureau et al. 1997b). This discrepancy could not be resolved in terms of a selection effect in log V_max nor by the dependence of the zero-point on the Hubble type. We showed that a new, calibrator selection bias (Teerikorpi et al. 1999), is present. By using samples of signicificant size (N=2142 for diameters and N=1713 for magnitudes) we found for a homogeneous distribution of galaxies (alpha=0) H_0\approx 50 km/sec/Mpc for both the diameters and magnitudes. Also H_0's from a fractal distribution of galaxies (decreasing radial number density gradient alpha=0.8) agree with the direct predictions. This is the first time when the inverse Tully-Fisher relation clearly lends credence to small values of the Hubble constant H_0 and to long cosmological distance scale consistently supported by Sandage and his collaborators.

研究动机与目标

• 利用大样本的直径和星等受限螺旋星系，通过反B波段Tully-Fisher关系测定哈勃常数H₀。
• 研究反Tully-Fisher关系与直接Tully-Fisher关系在H₀估计上的差异，特别是反关系中观测到的30–50%高估现象。
• 评估星系分布模型（均匀分布与分形分布）对反Tully-Fisher关系推导H₀估计的影响。
• 识别并校正先前未被认识的、影响反Tully-Fisher方法H₀估计的校准星选择偏差。
• 使反Tully-Fisher结果与桑德奇及其合作者长期主张的低H₀值相一致。

提出的方法

• 利用KLUN全天样本中的5,171个螺旋星系，结合B波段星等和角直径作为距离指示器，应用反Tully-Fisher关系。
• 采用以室女座星系团为中心的动力学模型，与皮布尔斯的框架一致，以考虑局部本动速度的影响。
• 使用15个场星系的HST验证的造父变星距离模数作为校准，以确定零点。
• 探索两种星系分布模型：均匀分布（α = 0）和径向数密度递减的分形分布（α = 0.8）。
• 量化星系形态类型和log V_max选择对反关系零点的影响，以检验系统性偏差。
• 识别并校正了一种新的校准星选择偏差（Teerikorpi et al. 1999），该偏差此前扭曲了反Tully-Fisher应用中的H₀估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何反Tully-Fisher关系系统性地高估H₀值，且该差异是否可被解决？
• RQ2 对星系空间分布的不同假设（均匀分布与分形分布）如何影响反Tully-Fisher关系的H₀估计？
• RQ3 校准星样本的选择在多大程度上通过反Tully-Fisher方法引入了H₀估计的偏差？
• RQ4 反Tully-Fisher关系能否一致地支持桑德奇等人提出的低H₀值？
• RQ5 星系形态类型或log V_max分布在多大程度上导致反Tully-Fisher零点的系统性偏移？

主要发现

• 对直径受限样本应用反Tully-Fisher关系得出H₀ ≈ 80 km/s/Mpc，而对星等受限样本得出H₀ ≈ 70 km/s/Mpc，显著高于直接估计值。
• 在均匀星系分布（α = 0）下，基于直径和星等的反Tully-Fisher关系均收敛至H₀ ≈ 50 km/s/Mpc。
• 当考虑径向数密度梯度（α = 0.8，分形类似）时，两种关系的H₀估计值与直接预测一致，并支持低H₀值。
• 通过识别出一种影响反关系零点的新校准星选择偏差，解决了反Tully-Fisher与直接Tully-FisherH₀估计之间的差异。
• 本研究首次在星等和直径样本中均一致支持低H₀值（≈50 km/s/Mpc），使用反Tully-Fisher方法。
• 研究证实，当校正选择偏差并正确建模星系分布后，反Tully-Fisher关系与桑德奇及其合作者长期倡导的宇宙距离尺度一致。