[論文レビュー] A simple Hubble-like law in lieu of dark energy

Yves‐Henri Sanejouand|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 64被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、赤方偏移が距離ではなく光子の到着時間に比例する、ハッブル則の修正版を提案する。これにより、ダークエネルギーの必要性が排除され、非標準的な距離対性関係を用いることで、一貫性のある年齢－赤方偏移関係および超新星データと整合する等級距離が得られ、過去120億年間は静的かつオイラー的宇宙が成立する可能性を示唆する。

ABSTRACT

Within the frame of the $Λ$ cold dark matter paradigm, a dark energy component of unknown origin is expected to represent nearly 70% of the energy of the Universe. Herein, a non-standard form of the Hubble law is advocated, with the aim of providing safe grounds on which alternative cosmologies could be developed. Noteworthy, it yields an age-redshift relationship which is consistent with available data. Together with a straightforward analysis of gamma-ray burst counts, it further suggests that the observable Universe has been euclidean and static over the last 12 Gyr. Although a non-standard distance-duality relation is then required for interpreting luminosity distances, the magnitude-redshift relationship obtained is compatible with type Ia supernovae data.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーの必要性を回避するため、ハッブル則を再定義することで、代替的宇宙論枠組みを構築すること。
• 高赤方偏移天体（例：クェーサーや星）の観測された年齢と、ダークエネルギーを仮定しない宇宙論モデルとの整合性をとること。
• 既知の最も古い天体の観測データと整合する、自己一貫性のある年齢－赤方偏移関係を提供すること。
• 非標準的な距離対性関係が、非膨張宇宙モデルにおける等級距離の解釈に与える影響を検討すること。

提案手法

• 新たなハッブル則を提案：$ z_{\nu} = H_0 \Delta t $、ここで $ z_{\nu} $ は周波数赤方偏移、$ \Delta t $ は光子の到着時間である。
• 年齢－赤方偏移関係 $ T_{\text{obs}} = T_{\text{old}} - T_H z_{\nu} $ を導出する。ここで $ T_H = 1/H_0 $ であり、観測年齢と宇宙時間の関係を示す。
• HD140283の年齢（14.5 Gyr）とAPM 08279+5255の年齢（$ z_\lambda \approx 3.9 $ で2.1 Gyr）を用いて、$ T_H = 15.6 $ Gyr を推定する。
• ガンマ線バーストのカウントを分析し、過去12 Gyrにわたり静的かつオイラー的宇宙が成立していると示唆する。
• 距離対性関係を修正し、$ D_L = D_A (1+z_\lambda)^{2+\eta_0} $ とし、$ \eta_0 = -0.35 $ を採用。これは観測的制約と整合する。
• タイプIa超新星データを用いてモデルをテストし、等級距離関係に $ n = 1.65 $ または $ n = 3/2 $ を用いることで、高赤方偏移域での観測と整合性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子の到着時間に基づく線形ハッブル則が、最も古い既知の天体の観測された年齢－赤方偏移関係を再現できるか？
• RQ2 過去12 Gyrにわたり静的かつオイラー的宇宙が、ガンマ線バーストのカウントおよび等級距離データと整合するか？
• RQ3 提案されたハッブル則と整合させるために、標準的な距離対性関係からどれほどずれる必要があるか？
• RQ4 高赤方偏移域におけるタイプIa超新星データのフィット性能について、$ \Lambda $CDMモデルと比較するとどうなるか？
• RQ5 周波数と宇宙時間の間の仮定された比例関係 $ \nu \propto t $ を支える物理的メカニズムは何か？

主な発見

• HD140283とAPM 08279+5255の年齢に基づき、モデルは $ T_H = 15.6 $ Gyr のハッブル時間を得ており、最近の推定値と整合する。
• $ T_{\text{obs}} = T_{\text{old}} - T_H z_\nu $ から導かれる年齢－赤方偏移関係は、初期型天体の年齢に対する上限を与えることができ、$ z_\lambda \approx 1-7 $ での観測年齢と整合する。
• モデルは最大観測赤方偏移 $ z_\lambda \approx 13 $ を予測しており、現在の観測限界と整合する。
• ガンマ線バーストのカウントは、このモデル下で、過去12 Gyrにわたり可視宇宙がオイラー的かつ静的であったと示唆する。
• 高赤方偏移域における等級距離関係 $ D_L \propto (1+z_\lambda)^{1.65} $ は、ユニオン2.1超新星サンプルに対して $ \chi^2 = 652 $ を示すが、$ z_\lambda < 2 $ では $ \Lambda $CDMと2σ以内に収まる。
• エーティングトン距離対性関係からの必要なずれは $ \eta_0 = -0.35 $ であり、最近の観測推定値（$ \eta_0 = -0.08 \pm 0.10 $ から $ -0.17 \pm 0.17 $）の2σ内にある。