[論文レビュー] Closed and open FRW cosmologies with matter creation: Kinematic tests

J. S. Alcaniz, J. A. S. Lima|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、ダークエネルギーの代替として、断熱的物質生成を伴う閉じたおよび開放的 Friedmann-Robertson-Walker (FRW) 宇宙論を調査している。光度距離やラックバック時間といった運動論的観測量の正確な式を導出し、宇宙定数やクインテッセンスを必要とせず、今日の加速的膨張を物質生成のみで説明可能であることを示している。これは1990年代後半の超新星観測と整合的である。

ABSTRACT

The limits imposed by the classical cosmological tests on closed and open FRW universes driven by adiabatic matter creation are investigated. Exact expressions for the lookback time, age of the universe, luminosity distance, angular diameter, and galaxy number counts versus redshift are derived and their meaning discussed in detail. An interesting consequence of these cosmological models is the possibility of an accelerated expansion today (as indicated from supernovae observations) with no need to invoke either a cosmological constant or an exotic "quintessence" component.

研究の動機と目的

• 物質生成がFRWモデルで観測された宇宙の加速的膨張を説明できるかどうかを検討すること。
• 光度距離、角度直径距離、銀河数密度といった主要な宇宙論的観測量の正確な解析的式を導出すること。
• 古典的宇宙論的テストを用いて、物質生成を伴う開放的および閉じたFRWモデルの妥当性を検証すること。
• ダークエネルギーを導入せずに、後期の加速を示唆する超新星観測を再現できるかどうかを評価すること。
• 非平坦幾何における物質生成が、宇宙の年齢およびラックバック時間に与える影響を検討すること。

提案手法

• 定常的な生成率パラメータを仮定し、断熱的物質生成を伴うFRWモデルにおけるスケール因子の正確な解析的解を導出する。
• 赤方偏移の関数として、光度距離、角度直径距離、ラックバック時間といった運動論的観測量を計算する。
• 銀河数密度や宇宙の年齢といった標準的な宇宙論的テストを用いて、モデルを制約する。
• 結果を標準的な天文学的文脈で提示するために、A&A雑誌のフォーマットマクロを用いる。
• モデルの予測を観測データと比較し、特に1990年代後半の超新星の光度距離に注目する。
• 物質生成下でのハッブルパラメータおよび減速パラメータの振る舞いを、開放的および閉じた幾何におけるモデルで評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 開放的および閉じたFRWモデルにおける物質生成は、観測された後期の宇宙の加速的膨張を生じさせることができるか？
• RQ2 物質生成を伴うFRWモデルにおける運動論的観測量（光度距離、角度直径距離、銀河数密度）はどのように振る舞うか？
• RQ3 これらの物質生成モデルにおける宇宙の年齢およびラックバック時間にどのような意味があるか？
• RQ4 これらのモデルは、宇宙定数やクインテッセンスを必要とせずに、超新星観測を再現できるか？
• RQ5 空間の曲率（開放的対閉じた）が、物質が連続的に生成される状況での力学的挙動にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 断熱的物質生成を伴うモデルは、宇宙定数や特異なダークエネルギー成分を必要とせず、今日の加速的膨張を生じさせることができる。
• 光度距離およびラックバック時間の正確な式が導出され、1990年代後半の超新星観測と整合的であることが示された。
• 物質生成率に応じて、これらのモデルにおける宇宙の年齢は観測的制約と整合的である。
• 銀河数密度および角度直径距離は、標準的な ΛCDM とは異なった赤方偏移依存性を示し、検証可能な差異を提供する。
• 減速パラメータは、ダークエネルギーが存在しない状況でも、物質生成によって正から負に遷移し（加速を示唆）、そのように振る舞う。
• 物質生成率が主要な力学的パラメータとして機能するため、モデルは開放的および閉じた空間幾何において両方とも妥当である。