[论文解读] Search for a distance-dependent Baryonic Tully-Fisher Relation at low redshifts

N. Krachmalnicoff, S. Desai|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2022

Stochastic processes and statistical mechanics参考文献 35被引用 1

一句话总结

本研究通过将BTFR斜率和归一化参数建模为距离相关函数，重新审视了Alestas等人（2021年）报告的9和17 Mpc处Baryonic Tully-Fisher关系（BTFR）中3–4σ张力。使用距离相关的BTFR模型，并对具有自由和固定本征弥散的子样本进行比较，作者发现无统计显著偏差——两个参数仅表现出微弱变化（在2σ以内），且所有距离下的子样本拟合结果一致，仅在D < 17 Mpc样本中存在1.75σ的微弱差异。

ABSTRACT

A recent work (arXiv:2104.14481) has found a statistically significant transition in the Baryonic Tully-Fisher relation (BTFR) using low redshift data ($z<0.1$), with the transitions occurring at about 9 and 17 Mpc. Motivated by this finding, we carry out a variant of this analysis by fitting the data to an augmented BTFR, where both the exponent as well as normalization constant vary as a function of distance. We find that both the exponent and normalization constant show only a marginal variation with distance, and are consistent with a constant value, to within $2\sigma$. We also checked to see if there is a statistically significant difference between the BTFR results after bifurcating the dataset at distances of 9 and 17 Mpc. We find that almost all the sets of subsamples obey the BTFR with $\chi^2$/dof close to 1 and the best-fit parameters consistent across the subsamples. Only the subsample with $D<17$ Mpc shows a marginal discrepancy (at $1.75\sigma$) with respect to the BTFR. Therefore, we do not find any evidence for statistically significant differences in the BTFR at distances of 9 and 17 Mpc.

研究动机与目标

• 检验Alestas等人（2021年）报告的9和17 Mpc处BTFR参数中3–4σ张力的统计显著性。
• 通过距离相关模型，研究BTFR参数（斜率和归一化）是否随距离平滑变化。
• 评估在9和17 Mpc处子样本中观察到的差异是否具有统计稳健性，或是否由系统误差驱动，特别是通过固定和自由本征弥散重新分析。

提出的方法

• 拟合一种距离相关的BTFR模型，其中斜率（s）和截距（b）为距离的线性函数：y = (sD + c)x + (bD + e)，其中y = ln(MB)，x = ln(v)。
• 在对数空间中使用对数似然最大化法，估计斜率和归一化作为距离函数的最佳拟合参数。
• 对在9 Mpc和17 Mpc处分割的四个子样本执行χ²/dof和p值分析，以检验统计一致性。
• 将本征弥散固定为0.077（与Alestas等人2021年一致）并重复分析，与自由本征弥散情况下的结果进行比较。
• 应用Cowan等人（2011年）的显著性检验方法，评估子样本拟合结果之间的差异。
• 使用p值和χ²/dof评估拟合优度及子样本间的统计张力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在9和17 Mpc处报告的BTFR参数中3–4σ张力是否具有统计显著性，还是拟合方法导致的伪影？
• RQ2 BTFR斜率和归一化是否在1–130 Mpc范围内平滑地随距离变化？
• RQ3 当本征弥散固定或作为自由参数处理时，9和17 Mpc处子样本间的观测差异是否具有统计稳健性？
• RQ4 D < 17 Mpc子样本中的微弱差异是否由于未考虑的系统误差，而非引力或G的物理性变化？
• RQ5 数据是否支持Alestas等人（2021年）提出的有效牛顿常数转变？

主要发现

• 最佳拟合的距离相关斜率（s）和截距（b）随距离仅表现出微弱变化，s = −0.0078 ± 0.0054，b = 0.02 ± 0.012，与2σ内无变化一致。
• 在本征弥散自由的情况下，所有四个子样本（在9 Mpc和17 Mpc处分割）的χ²/dof < 1，p值接近1，表明无显著统计张力。
• 当本征弥散固定为0.077时，D < 17 Mpc子样本的p值为0.043（1.75σ差异），但该结果仅为微弱，不足以构成真实张力的有力证据。
• 无论本征弥散是自由还是固定，最佳拟合BTFR参数在所有子样本中均在1σ范围内一致。
• 作者未发现9和17 Mpc处BTFR存在统计显著差异的证据，因此无法证实Alestas等人（2021年）报告的>3σ张力。
• D < 17 Mpc样本中的微弱差异更可能源于未考虑的系统误差，而非引力或G的物理性转变。