[论文解读] Our Peculiar Motion Inferred from Number Counts of Mid Infra Red AGNs and the Discordance Seen with the Cosmological Principle

Ashok K. Singal|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用 20

一句话总结

本研究从0.28百万个中红外活动星系核（MIRAGNs）的数量计数中推断太阳系的本动运动，发现其偶极各向异性所暗示的本动速度超过宇宙微波背景辐射（CMBR）值的四倍（1,700 km s⁻¹ vs. 370 km s⁻¹），尽管方向与CMBR偶极方向在2σ范围内一致。不同独立巡天之间幅度不一致——尽管方向一致——对宇宙学原理构成挑战，提示可能存在一个优先的宇宙方向，或偶极各向异性的非运动学起源。

ABSTRACT

The dipole anisotropy in the Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) has given a peculiar velocity vector 370 km s$^{-1}$ along $l=264^\circ,b=48^\circ$. However, some other dipoles, for instance, from the number counts, sky brightness or redshift distributions in large samples of distant Active Galactic Nuclei (AGNs), have yielded values of the peculiar velocity many times larger than that from the CMBR, though surprisingly, in all cases the directions agreed with the CMBR dipole. Here we determine our peculiar motion from a sample of ~0.28 million AGNs, selected from the Mid Infra Red Active Galactic Nuclei (MIRAGN) sample comprising more than a million sources. From this, we find a peculiar velocity, which is more than four times the CMBR value, although the direction seems to be within $\sim 2\sigma$ of the CMBR dipole. A genuine value of the solar peculiar velocity should be the same irrespective of the data or the technique employed to estimate it. Therefore, such discordant dipole amplitudes, might mean that the explanation for these dipoles, including that of the CMBR, might in fact be something else. But, the observed fact that the direction in all cases, is the same, though obtained from completely independent surveys using different instruments and techniques, by different sets of people employing different computing routines, might nonetheless indicate that these dipoles are not merely due to some systematics, otherwise why would they all be pointing along the same direction. It might instead suggest a preferred direction in the Universe, implying a genuine anisotropy, which would violate the Cosmological Principle, the core of the modern cosmology.

研究动机与目标

• 利用中红外活动星系核（MIRAGNs）的数量计数，确定太阳系的本动速度。
• 检验来自独立巡天（包括CMBR和AGN数据）的本动速度估计值之间的一致性。
• 研究观测到的偶极各向异性——尤其是其幅度矛盾但方向一致——是否表明宇宙学原理遭到破坏。
• 评估CMBR偶极以及其它宇宙偶极是否并非由观测者运动引起，而是源于本征宇宙各向异性。

提出的方法

• 从超过一百万个源的更大MIRAGN星表中选取了0.28百万个MIRAGNs样本。
• 使用Hammer-Aitoff投影将这些AGNs在赤道坐标系中的天球分布可视化，以识别空间各向异性。
• 假设偶极各向异性源于观测者本动运动，量化数量计数中偶极各向异性的方向依赖性。
• 利用关系式 D ∝ v/c（其中D为偶极系数，v为本动速度）推断本动速度矢量。
• 对银道面排除和巡天深度变化进行修正，以最小化系统误差。
• 将结果与先前来自CMBR、射电巡天（NVSS、TGSS）及类星体样本的估计值进行比较，以评估方向和幅度上的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳系的本动速度在包括CMBR和AGN数量计数在内的不同独立宇宙巡天中是否一致？
• RQ2 为何AGN偶极各向异性所推导出的本动速度显著高于CMBR值，尽管方向一致？
• RQ3 来自不同巡天的偶极方向一致，是否意味着宇宙中存在真实的优先轴，从而违反宇宙学原理？
• RQ4 偶极幅度的观测差异是否暗示CMBR偶极并非由运动学效应引起，而是源于原初或本征起源？
• RQ5 如果偶极各向异性并非由观测者运动引起，而是源于大尺度宇宙各向异性，这对宇宙学有何影响？

主要发现

• 从0.28百万个MIRAGNs推断出的本动速度为1,700 km s⁻¹，超过CMBR值（370 km s⁻¹）的四倍以上。
• MIRAGNs偶极方向与CMBR偶极方向的夹角约为27°，在统计不确定性范围内一致。
• 尽管数据、仪器和分析方法均独立，所有主要偶极测量结果——包括CMBR、射电源、类星体和AGNs——均指向同一方向，提示存在共同起源。
• CMBR偶极与AGN偶极之间幅度的差异无法用已知系统误差解释，提示CMBR偶极的运动学解释可能存在根本性问题。
• 多个独立巡天中偶极的观测对齐，尽管幅度差异巨大，挑战了CMBR偶极完全由太阳系本动运动引起的假设。
• 结果提示宇宙学原理可能存在违反，暗示宇宙中存在优先方向，或大尺度结构中存在本征各向异性。