[論文レビュー] A weak lensing detection of a deviation from General Relativity on cosmic scales

Rachel Bean|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2009

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡のCOSMOS調査からの弱い重力レンズ効果と、宇宙マイクロ波背景（CMB）データおよび銀河調査を組み合わせることで、宇宙スケールにおける一般相対性理論（GR）からのずれを調査している。現在のデータはGRを支持せず、1σの有意水準でη < 1の修正重力パラメータを好み、これは大スケールの宇宙においてGRの破綻の可能性を示唆している。

ABSTRACT

We consider evidence for deviations from General Relativity (GR) in the growth of large scale structure, using two parameters, $γ$ and $η$, to quantify the modification. We consider the Integrated Sachs-Wolfe effect (ISW) in the WMAP Cosmic Microwave Background data, the cross-correlation between the ISW and galaxy distributions from 2MASS and SDSS surveys, and the weak lensing shear field from the Hubble Space Telescope's COSMOS survey along with measurements of the cosmic expansion history. We find current data, driven by the COSMOS weak lensing measurements, disfavors GR on cosmic scales, preferring $η&lt;1$ at $1

研究の動機と目的

• 複数の独立した宇宙論的プローブを用いて、一般相対性理論が大スケールの宇宙において有効であるかを検証すること。
• γおよびηというパラメータを通じて、修正重力理論における重力ポテンシャルの比を定量化すること。
• 観測された大スケール構造の成長が、GRの予測と整合しないかどうかを評価すること。
• COSMOS調査からの弱いレンズ効果のずれ測定値と、WMAPのCMBにおけるISW効果および銀河クロス相関を組み合わせ、宇宙スケールでの重力の制約を行うこと。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡のCOSMOS調査からの弱い重力レンズ効果のずれ測定値を用い、遠方銀河からの光の収束を調べる。
• WMAPの宇宙マイクロ波背景（CMB）データにおける統合サックス＝ウォールー（ISW）効果を分析し、時間的に変化する重力ポテンシャルを検出する。
• ISW信号と2MASSおよびSDSS調査の銀河分布とのクロス相関をとり、大スケールにおける重力ポテンシャルの進化を調べる。
• これらのプローブを宇宙膨張歴の測定値と組み合わせ、GRからのずれを定量化するパラメータηおよびγを制約する。
• GRの予測としてη = 1を想定し、データがGRと整合するかを評価するための統合尤度解析を実施する。
• 統計的推論を用いてη = 1からのずれの有意水準を特定し、η < 1のほうが好ましいことが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙スケールにおける大スケール構造の成長において、一般相対性理論からのずれの証拠はあるか？
• RQ2 COSMOS調査からの弱いレンズ効果のずれ測定値は、GRの予測と矛盾するか？
• RQ3 ISW効果と銀河分布とのクロス相関は、GRと整合するのか、それとも修正重力の兆候を示唆するのか？
• RQ4 現在の宇宙論的データの文脈において、η < 1というパラメータの有意水準は何か？
• RQ5 CMB、銀河調査、および弱いレンズ効果という統合データセットは、大スケールにおけるGRの有効性をどのように制約するか？

主な発見

• COSMOSの弱いレンズ効果データのみでも、η < 1の明確な傾向が見られ、一般相対性理論からのずれを示唆している。
• 弱いレンズ効果、ISW、銀河クロス相関の統合解析により、宇宙スケールでGRが否定され、1σの信頼水準でη < 1のほうが好ましい。
• 修正重力の証拠は主に弱いレンズ効果測定値によって駆動されており、これはGRとは整合しない重力ポテンシャル比を制約している。
• パラメータηは1未満であると判明し、これは大スケール構造の成長の文脈で、GRが予測するのとは異なる重力ポテンシャルの進化を示唆している。
• 宇宙膨張歴のデータを含めても結果は安定しており、現在のデータセットにおいて修正重力が一般相対性理論よりも好ましいことを強化している。
• 本研究は、特に弱いレンズ効果からの現在の宇宙論的データが、大スケールの宇宙において一般相対性理論と統計的に有意な矛盾を示していると結論づけている。