[论文解读] The extended ROSAT-ESO Flux-Limited X-ray Galaxy Cluster Survey (REFLEX II) V. Exploring a local underdensity in the Southern Sky

H. Boehringer, Gayoung Chon+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用 22

一句话总结

本研究利用REFLEX II X射线星系团巡天对南天大尺度结构进行测绘，在红移z = 0至0.04范围内发现星系团密度存在30–40%的欠密度，显著性超过3.4σ。该欠密度局限于南天极区，非各向同性，挑战了无需暗能量即可解释宇宙加速膨胀的大型球形空洞模型。

ABSTRACT

Several claims have been made that we are located in a locally underdense region of the Universe based on observations of supernovae and galaxy density distributions. Two recent studies of K-band galaxy surveys have provided new support for a local underdensity in the galaxy distribution out to distances of 200 - 300 Mpc. If confirmed, such large local underdensities would have important implications on the interpretation of local measurements of cosmological parameters. Galaxy clusters have been shown to be ideal probes to trace the large-scale structure of the Universe. In this paper we study the local density distribution in the southern sky with the X-ray detected galaxy clusters from the REFLEX II cluster survey. From the normalized comoving number density of clusters we find an average underdensity of ~30 - 40% in the redshift range out to z ~0.04 (~170 Mpc) in the southern extragalactic sky with a significance larger than 3.4sigma. On larger scales from 300 Mpc to over 1 Gpc the density distribution appears remarkably homogeneous. The local underdensity seems to be dominated by the South Galactic Cap region. A comparison of the cluster distribution with that of galaxies in the K-band from a recent study shows that galaxies and clusters trace each other very closely in density. In the South Galactic Cap region both surveys find a local underdensity in the redshift range z= 0 to 0.05 and no significant underdensity in the North Galactic Cap at southern latitudes. Our results to not support cosmological models that attempt to interpret the cosmic acceleration by a large local void, since the local underdensity we find is not isotropic and limited to a size significantly smaller than 300 Mpc radius.

研究动机与目标

• 利用REFLEX II巡天评估南天星系外天空中星系团的大尺度密度分布。
• 检验星系团分布中的局部欠密度是否支持通过大空洞而非暗能量解释宇宙加速的替代宇宙学模型。
• 将星系团密度与K波段巡天的星密度进行比较，以确定星系团和星系是否描绘相同的大尺度结构。
• 量化任何局部欠密度的尺寸、显著性及空间范围，并评估其对宇宙学参数估计的影响。
• 评估观测到的欠密度是否符合无需暗能量即可解释超新星数据的最小空洞模型的要求。

提出的方法

• 利用扩展的ROSAT-ESO通量限定X射线星系团巡天（REFLEX II）中的通量限定X射线星系团样本，覆盖南天星系外天空。
• 测量红移区间达z ≈ 0.3的归一化共动星系团数密度，以测绘大尺度结构并识别与均匀性的偏离。
• 使用统计检验计算欠密度的显著性水平，显著性阈值设定为>3.4σ以实现稳健检测。
• 应用星系团偏置模型（偏置因子为2.5–3），从观测到的星系团欠密度推断潜在物质密度的亏空。
• 将星系团密度分布与Whitbourn & Shanks（2014）及其他巡天的K波段星系数据进行比较，以评估大尺度结构的交叉追踪。
• 分析银河天球两极（北天与南天）的空间分布，以确定欠密度的各向异性并评估方向依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在南天X射线探测星系团的分布中是否存在显著的局部欠密度？
• RQ2 观测到的星系团分布欠密度是否意味着潜在物质分布中也存在相应欠密度，其大小如何？
• RQ3 该欠密度是否各向同性，或局限于特定区域（如南天极区）？
• RQ4 星系团与K波段星系是否在南天描绘相同的密度涨落？
• RQ5 观测到的欠密度能否与旨在无需暗能量即可解释宇宙加速的宇宙空洞模型相协调？

主要发现

• 在南天星系外天空的红移范围z = 0至0.04内，X射线探测星系团的共动数密度显著出现30–40%的欠密度，显著性>3.4σ。
• 该欠密度强烈集中于南天极区，在北天极区未观测到，表明大尺度结构存在各向异性。
• 星系团欠密度意味着在考虑星系团偏置（b ≈ 2.5–3）后，潜在物质分布中存在约15%的欠密度。
• 在假设ΛCDM宇宙学模型下，该区域的局部哈勃常数估计比宇宙平均值高约3%。
• 观测到的欠密度过于小且具有各向异性，无法支持最小空洞模型的要求——后者要求半径约300 Mpc的球形空洞以解释宇宙加速。
• 南天星系与星系团分布描绘相同的密度涨落，两份巡天均显示南天极区存在约40%的欠密度，而北天极区无显著亏空。