[论文解读] Apparent cosmic acceleration due to local bulk flow

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 3

一句话总结

该论文提出，Ia型超新星数据中观测到的宇宙加速膨胀可能源于局部集体流动，而非暗能量。通过对JLA星体光变曲线目录进行最大似然分析，发现减速参数 $q_0$ 存在延伸至 $z \sim 0.2$ 的偶极调制；当校正该流动效应后，传统上归因于暗能量的单极 $q_0$ 降至统计不显著水平，其值在 2σ 置信区间内与零一致。

ABSTRACT

Recent observations reveal a bulk flow in the local Universe which is faster and extends to larger scales than is expected around a typical observer in the standard $\Lambda$CDM cosmology. The deceleration parameter $q_0$ derived from local observations is then expected to show a scale-dependent dipolar modulation. From a maximum likelihood analysis of the Joint Lightcurve Analysis (JLA) catalogue of Type Ia supernovae we do find such a dipole in $q_0$ extending out to $z \sim 0.2$, with a magnitude comparable to its monopole. Although not statistically significant in current data, such a dipole must be allowed for, especially in analysing surveys with incomplete sky coverage such as JLA and its successor Pantheon; out of 740 (1048) SNe IA in the JLA (Pantheon) catalogue, 632 (890) are in the hemisphere opposite to the direction of bulk flow for which their redshifts have been corrected. However when we do so, the monopole component of $q_0$, which has been widely ascribed to a cosmological constant (dark energy), drops in statistical significance and becomes consistent with zero at $2\sigma$ (95\% c.l.). This suggests that the apparent acceleration of the expansion rate deduced from supernovae may be an artefact of our bulk flow.

研究动机与目标

• 探究Ia型超新星数据中观测到的宇宙加速膨胀是否为局部集体流动所致，而非暗能量。
• 量化由于集体流动引起的减速参数 $q_0$ 偶极调制对宇宙学推断的影响。
• 评估JLA和Pantheon等巡天中不完全天空覆盖对单极 $q_0$ 显著性的影响。
• 通过校正集体流动效应，重新评估宇宙学常数（暗能量）的统计显著性。

提出的方法

• 对包含740个Ia型超新星的联合光变曲线分析（JLA）目录执行最大似然分析。
• 将减速参数 $q_0$ 建模为具有偶极调制的尺度相关函数，以反映局部集体流动的影响。
• 对集体流动方向相反半球中的超新星红移值进行校正，以减轻系统性偏差。
• 比较校正前后单极 $q_0$ 的变化，评估其统计显著性的改变。
• 使用显著性检验评估校正后单极 $q_0$ 是否仍与零一致。
• 将分析扩展至Pantheon目录（1048个Ia型超新星），以与未来巡天结果保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 由局部集体流动引起的 $q_0$ 观测偶极调制是否影响单极 $q_0$ 的推断值？
• RQ2 校正集体流动后，单极 $q_0$ 的统计显著性降低到何种程度？
• RQ3 当考虑集体流动效应后，超新星数据中观测到的宇宙加速膨胀是否仍与宇宙学常数一致？
• RQ4 JLA和Pantheon等巡天中不完全的天空覆盖如何影响 $q_0$ 的探测？
• RQ5 JLA目录中观测到的 $q_0$ 偶极结构是否可由局部集体流动解释，而非暗能量？

主要发现

• 在JLA目录中检测到减速参数 $q_0$ 的偶极调制，其影响延伸至红移 $z \sim 0.2$。
• 该偶极调制的幅度与 $q_0$ 的单极分量相当。
• 在对局部集体流动进行校正后，单极 $q_0$ 在 2σ 置信水平（95% 置信水平）内与零一致。
• 当考虑集体流动效应后，单极 $q_0$ 的统计显著性（此前被解释为暗能量的证据）显著降低。
• 该校正影响了JLA目录中740个超新星中的632个，全部位于集体流动方向相反的半球。
• 结果表明，观测到的宇宙加速膨胀可能只是局部集体流动造成的伪象，而非宇宙学常数。