[论文解读] Testing statistical significance of large quasar groups with sheets model of large scale structure

Sergey Pilipenko, Alexander Malinovsky|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2013

Geochemistry and Geologic Mapping被引用 3

一句话总结

本文检验了大类星体群U1.27的统计显著性，声称其并非来自泊松分布类星体场中的显著随机涨落。利用SDSS DR7和DR8数据的最小生成树（MST）与凸包方法，作者发现此类群随机出现的概率为1.4%（2.45σ），基于模型的模拟表明，通过片状大尺度结构的连通性可模拟出极端聚集，而无需暗示宇宙学意义。

ABSTRACT

We argue that the largest group of quasars (LQG) U1.27 discovered by Clowes et al. (2013) in the SDSS DR7 catalogue does not contradict the hypothesis of Poisson distribution of quasars. We found that random catalogues with the same shape and number of QSOs as the real sample may contain groups which resemble U1.27. By simulating quasar catalogues with embedded model of the large scale structure we also found that the size of LQGs selected by MST and similar methods does not correspond to the scale of homogeneity of the Universe and can be explained by the percolation process.

研究动机与目标

• 检验报告为1240 Mpc结构的大型类星体群U1.27是否具有统计显著性，或仅为随机涨落。
• 评估U1.27中观测到的聚集是否违背ΛCDM模型所预测的均匀性尺度。
• 评估基于MST的聚集方法在稀疏类星体巡天中探测大尺度结构的稳健性。
• 研究在有结构的大尺度环境中的连通效应是否可在随机星表中模拟出极端聚集。
• 比较SDSS DR7与DR8类星体星表的结果，考虑红移测量差异的影响。

提出的方法

• 对SDSS DR7和DR8类星体星表应用最小生成树（MST）方法，使用星等和红移截断（i ≤ 19.1，0.8 < z < 1.9）识别类星体群。
• 通过保留角坐标并分配随机红移以维持恒定数密度，使用伪随机数生成器生成10,000个随机星表。
• 使用成员球体凸包（CHMS）方法估算群组体积，并按质量归一化（V_CHMS = 73V/M）以进行统计比较。
• 开发了一种基于Zel’dovich冲浪波的片状大尺度结构模型，包含随机取向、半径为R、平均间距为D的片状结构，以及垂直于片面的高斯位移q。
• 模拟嵌入片状结构的类星体星表，并将所得LQG统计量与泊松分布和真实数据进行比较。
• 计算连通阈值，并比较随机与有结构星表中LQG数量随连接长度的变化，以检测系统性偏移，判断是否存在真实结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 当将U1.27类星体群与SDSS DR7类星体星表的随机实现进行对比时，其统计显著性如何？
• RQ2 U1.27的观测尺寸与质量是否超过ΛCDM模型所预测的均匀性尺度？
• RQ3 基于MST的聚集算法在多大程度上会因通过多重连接的大尺度结构而检测到人为的大尺度结构？
• RQ4 SDSS DR7与DR8之间红移测量差异对U1.27群的识别与显著性有何影响？
• RQ5 片状大尺度结构模型能否在不需宇宙学显著高密度区域的前提下，解释极端LQG的出现？

主要发现

• 在随机星表中发现与U1.27同样大且质量大的群组的概率为1.4%（2.45σ），显著低于Clowes等人（2013）声称的3.81σ。
• 在考虑基于片状大尺度结构的模型后，该概率上升至2.8%（2.2σ），但仍远低于原始显著性估计值。
• U1.27群组的几何与拓扑特性——如2L = 553 Mpc，L_trunk = 2390 Mpc，以及V_CHMS = 1.02×10⁸ Mpc³——处于随机聚类分布的1–2σ范围内。
• 在DR8星表中，未在相同连接长度下发现与U1.27显著匹配的群组；首个可比群组仅在ℓ = 101 Mpc时出现，且与U1.27不重合。
• DR7与DR8之间的红移差异导致平均距离偏移⟨Δr⟩ = -2.8 Mpc（σ = 6.6 Mpc），个别偏移高达-20.8 Mpc，表明对红移测量精度高度敏感。
• 对于更高的类星体数密度（n = 4×10⁻⁶ Mpc⁻³），该片状模型预测LQG具有M > 700且尺寸>15D（>1275 Mpc）且显著性>7σ，但这些结果实为连通性所致的人工效应，而非宇宙学均匀性尺度。