[論文レビュー] A possible explanation of Galactic Velocity Rotation Curves in terms of a Cosmological Constant

S B Whitehouse, G. V. Kraniotis|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、NGC 3198 のような渦巻銀河で観測される平坦な銀河速度回転曲線は、ダークマターホールの代わりに負の宇宙定数 ($\Lambda$) によって説明可能であると提唱する。モデルはNGC 3198のデータから $|\Lambda|_{ ext{Exp}} = 5.0 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$ の宇宙定数の値を導出し、大数の仮説に基づく理論的推定値 $2.1 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$ と良好な一致を示しており、減速する宇宙を示唆している。

ABSTRACT

This paper describes how the non-gravitational contribution to Galactic Velocity Rotation Curves can be explained in terms of a negative Cosmological Constant ($Λ$). It will be shown that the Cosmological Constant leads to a velocity contribution proportional to the radii, at large radii, and depending on the mass of the galaxy. This explanation contrasts with the usual interpretation that this effect is due to Dark Matter halos. The velocity rotation curve for the galaxy NGC 3198 will be analysed in detail, while several other galaxies will be studied superficially. The Cosmological Constant derived experimentally from the NGC 3198 data was found to be:$|Λ|_{Exp}= 5.0 imes 10^{-56} cm^{-2}$. This compares favourably with the theoretical value obtained from the Large Number Hypothesis of: $|Λ|_{Theory}=2.1 imes 10^{-56}cm^{-2}$. The Extended LNH is then used to define other cosmological parameters: gravitational modification constant, energy density, and the Cosmological Constant in terms of a fundamental length. A speculative theory for the evolution of the Universe is outlined where it is shown how the Universe can be defined, in any particular era, by two parameters: the fundamental length and the energy density of the vacuum for that epoch. The theory is applied to the time evolution of the universe where a possible explanation for the $ρ_{Planck}/ρ_Λ^{QH} \approx 10^{120}$ problem is proposed. The nature of the ''vacuum'' is reviewed along with a speculative approach for calculating the Cosmological Constant via formal M-theory.The experimentally derived results presented in this paper support a decelerating Universe, in contrast with recent indicationsfrom Type Ia Supernovae experiments, for an accelerating Universe.

研究の動機と目的

• ダークマターホールを仮定せずに、平坦な銀河速度回転曲線の代替的説明を提供すること。
• 負の宇宙定数 ($\Lambda$) が大半の半径で観測された回転曲線の平坦性を説明できるかどうかを検証すること。
• 実験的に導かれた $\Lambda$ の値と、大数の仮説から得られる理論的予測値を比較すること。
• 宇宙定数が真空中エネルギー密度および宇宙論的モデルにおける基本的長さに与える影響を検討すること。
• 基本的長さと真空中エネルギー密度に基づいた、時間発展に関する予想的枠組みを提唱すること。

提案手法

• 著者らは、球対称で静的な時空においてアインシュタイン場方程式を適用し、負の宇宙定数の影響を受ける銀河回転曲線をモデル化する。
• 彼らは、計量における $\Lambda$ 項に起因する半径に比例する速度寄与項を導出する。
• モデルは、$\Lambda$ を調整することでNGC 3198の観測された回転曲線に適合する。
• 理論的 $\Lambda$ は、宇宙論的パラメータを基本的長さスケールに関連付ける大数の仮説を用いて推定される。
• 拡張された大数の仮説フレームワークから、真空中エネルギー密度および重力修正定数が導出される。
• 基本的長さと真空中エネルギー密度を時代依存パラメータとして用いて、予想的な宇宙論的進化モデルが構築される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負の宇宙定数は、渦巻銀河で観測される平坦な銀河速度回転曲線を説明できるか？
• RQ2 NGC 3198の回転曲線にフィットさせた際の、実験的に導かれた宇宙定数の値は何か？
• RQ3 実験的に導かれた $\Lambda$ は、大数の仮説によって予測された理論的値とどのように比較されるか？
• RQ4 宇宙定数は、基本的長さと真空中エネルギー密度の観点から表現可能か？
• RQ5 宇宙定数と基本的長さに基づくモデルは、Ia型超新星観測から導かれる加速宇宙とは対照的に、減速する宇宙を予測するか？

主な発見

• NGC 3198の回転曲線データから実験的に導かれた宇宙定数は $|\Lambda|_{\text{Exp}} = 5.0 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$ である。
• この値は、大数の仮説に基づく理論的推定値 $|\Lambda|_{\text{Theory}} = 2.1 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$ と良好に一致している。
• モデルは減速する宇宙を予測するが、これはIa型超新星観測から導かれる加速宇宙とは対照的である。
• 真空中エネルギー密度は、宇宙定数と基本的長さから導出され、拡張された大数の仮説と整合的である。
• 宇宙定数が基本的長さと真空中エネルギー密度の観点から表現可能であることが示され、宇宙進化の統一的パrameterizationを支持する。
• このモデルは、$\rho_{\text{Planck}} / \rho_{\Lambda}^{\text{QH}} \approx 10^{120}$ の乖離を、基本的長さスケールに結びつける可能性を提供する。