[論文レビュー] Age constraints on the Agegraphic Dark Energy Model

Yi Zhang, Hui Li+3 more|ArXiv.org|Aug 9, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、高赤方偏移の古い対象——2つの銀河（LBDS 53W091、LBDS 53W069）と1つのクェーサー（APM 08279+5255）——を用いて、年齢的暗黒エネルギーモデルの年齢制約を調査している。モデルは2つの銀河を容易に適合できるが、赤方偏移 z=3.91 におけるクェーサーの年齢を適合させるためには、Hubbleパラメータ h≈0.64 および物質密度 Ωₘ₀≈0.22 が必要となる。これは、モデルが WMAP3 の最良適合値よりも顕著に低い h をとらない限り、年齢危機に依然として直面していることを示している。

ABSTRACT

We investigate the age constraint on the agegraphic dark energy model by using two old galaxies (LBDS 53W091 and LBDS 53W069) and the old high redshift quasar APM 08279+5255. We find that the agegraphic dark energy model can easily accommodate LBDS 53W091 and LBDS 53W069. To accommodate APM 08279+5255, one can take the reduced Hubble parameter as large as h=0.64, when the fraction matter energy density $Ω_{m0}\approx 0.22$.

研究の動機と目的

• 年齢的暗黒エネルギーモデルが高赤方偏移の古い対象からの年齢制約を満たすかどうかを検証すること。
• 多くのモデルが高赤方偏移における非常に古い対象を説明できないという、暗黒エネルギー宇宙論における継続的な「年齢危機」に対処すること。
• 量子揺らぎと宇宙の年齢に基づく年齢的暗黒エネルギーモデルが、観測された対象の年齢と予測される宇宙の年齢の間の緊張を解消できるかどうかを評価すること。
• LBDS 53W091（z=1.55、T=3.5 Gyr）、LBDS 53W069（z=1.43、T=4.0 Gyr）、APM 08279+5255（z=3.91、T=2.0 Gyr）からの観測データとモデルの予測を比較すること。

提案手法

• モデルは、宇宙の年齢 T と次元のないパラメータ n を用いて、暗黒エネルギー密度 ρ_q = 3n²M_pl² / T² を仮定する。
• 赤方偏移 z における宇宙の年齢は、初期条件を z=0 に設定してFriedmann方程式を統合することで計算される。
• 各観測対象の年齢を、その赤方偏移における予測された宇宙の年齢と比較することで、モデルパラメータ（Ωₘ₀、h、n）を制約する。
• 分析では、WMAP3 の境界値 Ωₘ₀=0.268±0.018 と、クラスターベースの推定値 Ωₘ₀=0.3±0.1 を参照制約として用いる。
• モデルの状態方程式 w は w = Ω_q(-1 + 2√Ω_q/(3n)) から導出され、パラメータ空間の挙動を解釈するのを助ける。
• 数値的統合を実行し、T(z) を計算して観測された対象の年齢と比較することで、許容可能な (n, Ωₘ₀) パラメータ領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 年齢的暗黒エネルギーモデルは、赤方偏移 z=1.55 と z=1.43 における LBDS 53W091 および LBDS 53W069 の観測年齢を満たすことができるか？
• RQ2 年齢的暗黒エネルギーモデルが、赤方偏移 z=3.91 における APM 08279+5255 の年齢と整合するためには、h と Ωₘ₀ のどのパラメータ値が必要か？
• RQ3 モデルはパラメータ空間で振動的挙動を示すか？ もし示すならば、物理的に妥当な解であるか？
• RQ4 高赤方偏移における年齢危機を解消する観点から、年齢的暗黒エネルギーモデルは他の暗黒エネルギーモデルと比べてどのように異なるか？
• RQ5 年齢的暗黒エネルギーモデルの宇宙の年齢予測は、CMB や大規模構造からの観測的境界と整合するか？

主な発見

• 年齢的暗黒エネルギーモデルは、広範なパラメータ範囲で、赤方偏移 z=1.55 と z=1.43 における2つの古い銀河、LBDS 53W091（z=1.55、T=3.5 Gyr）および LBDS 53W069（z=1.43、T=4.0 Gyr）の観測年齢をうまく適合できる。
• クェーサー APM 08279+5255（z=3.91、T=2.0 Gyr）の年齢と整合させるためには、Ωₘ₀≈0.22 のとき h≈0.64 が必要となる。
• モデルのパラメータ空間は、低 Ωₘ₀ および小 n の領域で振動的挙動を示すが、これは状態方程式の非単調的進化のため、物理的に不適切である。
• 振動は n<1 のとき w が √Ω_q の増加とともに減少してから再び増加するため生じ、同じ w に対して複数の Ω_q 値が存在するため、低 n 解は無効となる。
• モデルの最良適合領域は、高 n および中程度の Ωₘ₀ に位置し、この領域では n が Ωₘ₀ に対して感度が低下するため、n の上界を制約するのが困難になる。
• モデルは、h が WMAP3 の最良適合値 h≈0.59 より顕著に低い場合を除き、APM 08279+5255 の年齢と整合しない。これは、年齢危機が依然として継続していることを示している。