[論文レビュー] The Evidence for the Long Distance Scale with H 0 < 65

Allan Sandage, G. Tammann|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 1996

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、3つの独立した手法に基づき、H₀ ≈ 55 ± 10 km s⁻¹ Mpc⁻¹ の低Hubble定数を主張している。その手法は、Cepheid距離で校正されたIa型超新星の距離、Tully-Fisher法やHST Cepheidを含む複数の独立的手法を用いたバービー銀河団の距離、および選択バイアスを補正したフィールド銀河の距離である。著者らは、高いH₀値（70以上）を、未補正の観測バイアスと既存文献における誤った前提によるものとみなして拒否している。

ABSTRACT

The status of the determination of the Hubble constant is reviewed, setting out the evidence for the long distance scale with H_0=55+/-5. In parallel, various precepts said to favor the short distance scale with H_0>70 are discussed. The strongest evidence for the long scale are (1) the calibration of the peak absolute magnitude of type Ia supernovae with their Hubble diagram, (2) the distance to the Virgo cluster by six largely independent methods, and (3) field spirals binned by luminosity class. The three methods give H_0=56+/-3, 55+/-2, and 53+/-3 (internal errors). H_0 does not vary significantly over scales from 10-500 Mpc. Higher values of H_0 still in the literature are based on (1) an untenably small distance to the Virgo cluster, (2) an untenably large Virgo cluster velocity, (3) a questionable route through the Coma cluster, (4) an incorrect precept that the Cepheid distance to NGC 1365 gives the distance to NGC 1613, parent to two SNe Ia, calibrating them, (5) an unjustified reliance on planetary nebulae and surface brightness fluctuations as distance indicators, and (6) either an underestimation or a neglect of the importance of observational selection bias in flux-limited samples. There is no valid evidence for H_0>70. The status of the time scale test is reviewed. The result is 13-14 (+/-2) Gyr for the age of the Galactic globular cluster system. There is no time scale crisis provided that q_0<0.3, H_0=55, and Lambda=0.

研究の動機と目的

• 文献に報告された高いH₀値（70以上）の妥当性を検証することで、継続的なHubble定数の論争を解決すること。
• 複数の独立した距離指標を通じて、低H₀（約55）の証拠が堅牢であることを示すこと。
• 特にMalmquistバイアスとTeerikorpiバイアスを含む観測選択バイアスが、フラックス制限サンプルにおいてH₀推定値を系統的に高めることを特定し、補正すること。
• 惑星状星雲や表面輝度揺らぎ、あるいは誤った銀河団距離仮定に依存する、高いH₀値を主張する手法の正当性を疑うこと。
• H₀ ≈ 55でq₀ < 0.3であると仮定した宇宙論モデルにおいて、球状星団の年齢（約13–14 Gyr）と整合性を持たせ、時間スケールの危機を回避すること。

提案手法

• 局所銀河におけるCepheid距離を用いてIa型超新星のピーク絶対等級を校正し、ハッブル図を遠方宇宙の運動フレームに結びつける。
• Tully-Fisher法（完全な銀河団サンプルを用い）とHST Cepheidデータを含む6つの独立的手法を用いてバービー銀河団の距離を決定し、D ≈ 22 Mpc、H₀ ≈ 55 ± 2 を得た。
• 光度クラスごとに分類されたフィールドスパイラル銀河を分析し、Malmquist補正などのバイアス補正を施した上でCepheid距離で校正し、H₀ ≈ 53 ± 3 を得た。
• SNe Iaの拡張光球モデル、銀河団におけるSunyaev-Zeldovich効果、重力レンズ効果といった物理的距離指標を用いて、H₀ ≈ 50–65 を交差検証した。
• クラスターサンプル（Teerikorpiバイアス）およびフィールド銀河サンプル（Malmquistバイアス）における観測選択バイアスに補正を施し、未補正データがH₀推定値を不自然に高めていることを示した。
• 時間遅延およびTolman表面輝度テストを用いて、宇宙膨張の実在性を確認し、H₀値の整合性を裏付けた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 真のHubble定数の値は何か？ そして、最も古い星の年齢と整合的か？
• RQ2 なぜ多くの最近の研究がH₀ > 70を報告しているのか？ これらの値の背後にある系統的誤差は何か？
• RQ3 フラックス制限サンプルにおける観測選択バイアス（クラスターサンプルとフィールド銀河サンプルの両方）が、H₀推定値にどの程度歪みをもたらしているか？
• RQ4 SNe IaモデルやSunyaev-Zeldovich効果といった独立した物理的手法が、約55 km s⁻¹ Mpc⁻¹の低H₀値を確認できるか？
• RQ5 H₀ ≈ 55で球状星団の年齢が約13–14 Gyrである場合、標準モデルにおいて時間スケールの危機が生じるか？

主な発見

• Cepheidで校正されたSNe Ia、6つの独立的手法によるVirgo銀河団距離、およびバイアス補正済みのフィールドスパイラル銀河という3つの主な手法から、それぞれH₀ = 56 ± 3、55 ± 2、53 ± 3（内部誤差）が得られた。
• 外部誤差推定を組み合わせた結果、一致するH₀値は55 ± 10 km s⁻¹ Mpc⁻¹となり、10から500 Mpcのスケールにわたり顕著な変動はなかった。
• 文献に報告された高いH₀値（70以上）は、フィールド銀河におけるMalmquistバイアスやクラスターサンプルにおけるTeerikorpiバイアスといった未補正の観測選択バイアスに起因している。
• Virgo銀河団内のM100へのCepheid距離が銀河団の平均距離に等しいという主張は誤っており、これによりVirgo銀河団の距離が不適切に小さく推定され、H₀が過大評価されている。
• Fornax銀河団に属するNGC 1365がNGC 1613（2つのSNe Iaの発生銀河）の距離を定義すると仮定することは物理的に正当でなく、SNe Iaのピーク等級に観測された低分散と矛盾する。
• 銀河系の球状星団系の年齢は13–14 Gyr（±2 Gyr）と推定され、1 Gyrの発生期間を加えると、H₀ = 55でq₀ < 0.3のモデルと整合的であり、標準モデルにおける時間スケールの危機は解消される。