[论文解读] Four New Observational $H(z)$ Data From Luminous Red Galaxies of Sloan Digital Sky Survey Data Release Seven

Cong Zhang, Han Zhang+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 57

一句话总结

本研究基于SDSS DR7中17,832颗明亮红巨星（LRGs）的光谱，利用ULySS全谱拟合与微分年龄法，获得了四个新的观测哈勃参数（H(z)）数据点。在红移z = 0.07、0.12、0.2和0.28处测得的H(z)值，其不确定性为19.6–36.6 km s⁻¹ Mpc⁻¹。当与21个现有的OHD数据点结合时，这些新数据改善了平坦与非平坦ΛCDM模型的约束，但由于数据点数量较少且误差较大，对宇宙学参数精度的提升有限。

ABSTRACT

By adopting the differential age method, we utilize selected 17832 luminous red galaxies (LRGs) from Sloan Digital Sky Survey Data Release Seven (SDSS DR7) covering redshift $0

研究动机与目标

• 从被动演化星系中获取新的观测哈勃参数（H(z)）数据点，以改进宇宙学模型的约束。
• 应对H(z)数据相对于Ia型超新星（SNIa）和重子声学振荡（BAO）数据的稀缺性问题。
• 测试微分年龄法在SDSS DR7高质量LRG光谱上的表现。
• 评估这些新H(z)数据点对平坦与非平坦ΛCDM模型中宇宙学参数约束的影响。

提出的方法

• 从SDSS DR7中选取17,832颗明亮红巨星（LRGs），其红移范围为0 < z < 0.4，依据测光与光谱标准，包括信噪比（SNR > 10）较高的要求。
• 应用全谱拟合软件包ULySS，基于单星族（SSP）模型拟合星系光谱，以推导星族年龄。
• 利用微分年龄法从年龄-红移关系中计算H(z)，基于公式H(z) = - (1/(1+z)) * (dz/dt)。
• 通过测量LRGs相对年龄演化，在假设其为被动演化的基础上，计算四个红移处的H(z)。
• 将四个新H(z)数据点与21个现有OHD数据点结合，对ΛCDM模型进行联合宇宙学参数约束。
• 采用似然分析评估平坦与非平坦ΛCDM模型的约束，比较包含与不包含新数据时的结果。

Figure 1: Redshift distribution of 17832 LRGs.

实验结果

研究问题

• RQ1 应用于SDSS DR7 LRGs的微分年龄法是否能在低红移处获得可靠且独立的H(z)测量？
• RQ2 这些新H(z)数据点在精度与对宇宙学约束的影响方面，与现有OHD和SNIa数据集相比如何？
• RQ3 这些新H(z)数据点在多大程度上改善了平坦与非平坦ΛCDM模型中宇宙学参数的约束？
• RQ4 哪些因素限制了从SDSS LRG光谱中获得H(z)测量的精度？如何缓解这些问题？

主要发现

• 成功测量了四个新的H(z)数据点：在z = 0.07处，H(z) = 69.0 ± 19.6 km s⁻¹ Mpc⁻¹；在z = 0.12处，H(z) = 68.6 ± 26.2 km s⁻¹ Mpc⁻¹；在z = 0.2处，H(z) = 72.9 ± 29.6 km s⁻¹ Mpc⁻¹；在z = 0.28处，H(z) = 88.8 ± 36.6 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 新OHD数据点与先前测量结果一致，当与现有数据结合时，能改善宇宙学参数的整体约束。
• 在宇宙学参数的1D边际约束中，加入新数据后结果更紧致，且轮廓图中95%可信区域缩小，尽管由于新数据点数量较少，改善程度有限。
• 新H(z)数据点误差较大的主要原因在于SDSS光谱信噪比（SNR）较低，以及对老年恒星种群采样不完整。
• 结果证实，通过ULySS拟合将微分年龄法应用于LRGs是可行的，但受限于光谱质量与拟合收敛性问题。
• 未来通过更高信噪比光谱与更深度的红移巡天，H(z)测量精度有望提升，使OHD在宇宙学约束方面可能与SNIa相媲美。

Figure 2: Best fit with BC03 model and the residual spectrum for a galaxy. The top panel shows the spectrum in black and the best fit in blue. The red regions are rejected from the fit, the indigo line is the multiplicative polynomial. The bottom panel shows the residuals from the best fit. The cont