[论文解读] New Constraint of the Hubble Constant by Proper Motions of Radio Components Observed in AGN Twin-jets

Wei-Jian Lu, Yi-Ping Qin|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的、与模型无关的方法，通过活动星系核（AGNs）双喷流中射电成分的自行运动来约束哈勃常数（H₀），该方法仅基于弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙学和几何关系。通过假设NGC 1052双喷流中对称的喷出速度，作者从观测到的最大自行运动推导出H₀的下限为H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹，提供了一种新的独立约束，避免了传统径迹阶梯法和ΛCDM假设。

ABSTRACT

As the advent of precision cosmology, the Hubble constant ($H_0$) inferred from the Lambda Cold Dark Matter fit to the Cosmic Microwave Background data is increasingly in tension with the measurements from the local distance ladder. To approach its real value, we need more independent methods to measure, or to make constraint of, the Hubble constant. In this paper, we apply a plain method, which is merely based on the Friedman-Lema\^itre-Robertson-Walker cosmology together with geometrical relations, to constrain the Hubble constant by proper motions of radio components observed in AGN twin-jets. Under the assumption that the ultimate ejection strengths in both sides of the twin-jet concerned are intrinsically the same, we obtain a lower limit of the $H_{ m 0,min}=51.5\pm2.3\, m km\,s^{-1}\,Mpc^{-1}$ from the measured maximum proper motions of the radio components observed in the twin-jet of NGC 1052.

研究动机与目标

• 为解决早期宇宙与晚期宇宙对哈勃常数（H₀）测量值之间日益加剧的张力，开发一种独立且无需模型的方法。
• 提供一种不依赖于传统径迹阶梯法或标准ΛCDM宇宙学模型的H₀新约束。
• 探索利用活动星系核（AGNs）中相对论性喷流的自行运动作为宇宙膨胀几何探测手段的可行性。

提出的方法

• 该方法应用弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规和相对论性喷流运动学，将观测到的自行运动与宇宙学距离及H₀关联起来。
• 假设双喷流系统两侧具有本质上对称的喷出速度，从而可利用自行运动的不对称性推断H₀。
• 关键方程通过红移z与接近和退行喷流成分自行运动的几何平均值的乘积来推导H₀：H₀,min = z√(μₐμᵣ)。
• 该方法利用NGC 1052双喷流中观测到的最大自行运动，计算H₀的最紧致下限。
• 通过仅依赖观测运动学和几何关系，避免对宇宙学参数的依赖。
• 通过与先前工作及现有H₀测量结果的对比，验证了该方法的有效性，结果表现出一致性并实现了更优约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 活动星系核（AGNs）双喷流中射电成分的自行运动能否提供对哈勃常数的模型无关约束？
• RQ2 在假设NGC 1052双喷流中喷出速度对称的前提下，从观测到的喷流自行运动可推导出的H₀最紧致下限是多少？
• RQ3 与标准宇宙学测量方法及其他独立方法（如标准汽笛或脉泽）相比，该几何方法表现如何？
• RQ4 未来对双喷流的监测是否能获得一个接近真实H₀的固定H₀,min值，当检测到相对论性成分（β → 1）时？
• RQ5 当将该方法应用于其他邻近的河外双喷流源时，其有效性是否依然稳健？

主要发现

• 本研究从NGC 1052双喷流中观测到的最大自行运动推导出H₀的下限为H₀,min = 51.5 ± 2.3 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 与秦（1999）先前获得的H₀,min = 27 km s⁻¹ Mpc⁻¹下限相比，该结果有显著改进，归因于喷流成分测量的更高分辨率。
• 该方法独立于ΛCDM模型和传统径迹阶梯法，仅依赖于观测到的自行运动和几何宇宙学。
• 该约束与所有现有H₀测量结果一致，且所有测量值均高于该下限，表明无矛盾。
• 作者预计，未来对NGC 1052及类似源的监测可能获得更紧致的约束，若能探测到β → 1的成分，H₀,min可能被固定在接近真实H₀的值。
• 该方法的有效性取决于对称喷出速度的假设，而NGC 1052喷流成分的观测对称性为此提供了支持。