[論文レビュー] A new limit on the total neutrino mass from the 2dF Galaxy Redshift Survey

Ø. Elgarøy, O. Lahav+28 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2002

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、バリオン、コールドダークマター、質量を持つニュートリノ、および宇宙定数を含む宇宙論的モデルにおける物質パワー スペクトルの分析を通じて、2dF銀河赤方偏移サーベイを用いて全ニュートリノ質量を制約する。95%信頼水準で f_nu < 0.13 を得ており、これは一貫性のある宇宙論的パラメータ下で全ニュートリノ質量の上限 m_nu,tot < 1.8 eV に対応する。

ABSTRACT

We constrain f_nu = Omega_nu / Omega_m, the fractional contribution of neutrinos to the total mass density in the Universe, by comparing the power spectrum of fluctuations derived from the 2dF Galaxy Redshift Survey with power spectra for models with four components: baryons, cold dark matter, massive neutrinos and a cosmological constant. Adding constraints from independent cosmological probes we find f_nu < 0.13 (at 95% confidence) for a prior of 0.1< Omega_m <0.5, and assuming the scalar spectral index n=1. This translates to an upper limit on the total neutrino mass and m_nu,tot < 1.8 eV for concordance values of Omega_m and the Hubble constant. Very similar results are obtained with a prior on Omega_m from Type Ia supernovae surveys, and with marginalization over n.

研究の動機と目的

• 大規模構造データを用いて、全ニュートリノ質量の新たな上限を設定すること。
• 2dF銀河赤方偏移サーベイを用いて、質量分担率 f_nu = Ω_ν / Ω_m の制約を強化すること。
• サーベイのデータを独立した宇宙論的プローブと組み合わせることで、Ω_m および n に対する現実的な事前分布のもとで制約を厳しくすること。

提案手法

• 2dF銀河赤方偏移サーベイから得られた観測物質パワー スペクトルを、質量を持つニュートリノを含む理論的モデルと比較する。
• バリオン、コールドダークマター、質量を持つニュートリノ、および宇宙定数の4成分からなる宇宙論的モデルを用いる。
• Ω_m に 0.1 から 0.5 の間の事前分布を適用し、スカラースペクトル指数 n = 1 を仮定する。
• 独立した宇宙論的プローブからの制約を組み込むことで、f_nu の上限を改善する。
• スカラースペクトル指数 n の周辺化を実行し、結果の頑健性を評価する。
• 一貫性のある Ω_m およびハッブル定数の値を用いて、f_nu の上限から全ニュートリノ質量の上限 m_nu,tot を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2dF銀河赤方偏移サーベイに基づいて、質量分担率 f_nu の上限は何か？
• RQ2 2dFデータを外部の宇宙論的プローブと組み合わせることで、f_nu の制約はどのように改善されるか？
• RQ3 標準的宇宙論的パラメータ下で、全ニュートリノ質量 m_nu,tot の上限は何か？
• RQ4 スカラースペクトル指数 n の変動に対して、結果はどれほど頑健か？
• RQ5 タイプIa超新星サーベイからの Ω_m の事前分布を用いた場合、制約は成り立つか？

主な発見

• Ω_m が 0.1 から 0.5 の間で、n = 1 を仮定した場合、95%信頼水準で f_nu < 0.13 を得た。
• これは、Ω_m およびハッブル定数の一貫性のある値を用いると、全ニュートリノ質量の上限が m_nu,tot < 1.8 eV であることを示している。
• タイプIa超新星サーベイからの Ω_m の事前分布を用いた場合にも、同じ上限が得られた。
• スカラースペクトル指数 n の周辺化を実行しても、結果は一貫している。
• さまざまな宇宙論的プローブおよびモデル仮定の組み合わせにおいて、制約は頑健である。
• 本分析は、2dFのような大規模構造サーベイがニュートリノ質量に対して競争力のある制約を提供できることを示している。