[論文レビュー] Confronting the IR Fixed Point Cosmology with High Redshift Supernova Data

Eloisa Bentivegna, A. Bonanno+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、赤方偏移が高いタイプIa超新星の観測データを用いて、ランダム化群のフローに起因する走るニュートン定数と宇宙定数を持つ赤外固定点宇宙論モデル——つまり、高エネルギー物理学におけるランダム化群のフローに起因する走る定数を持つ宇宙論モデル——を検証している。結果として、標準宇宙論と同等の適合度を示し、ベイズ的根拠がより強いことが判明した。また、固定点遷移がz < 0.5で発生した場合、将来のSNAPミッションのデータで検出可能なシグナルを予測している。

ABSTRACT

We use high-redshift type Ia supernova data in order to test the infrared (IR) fixed point model of the late Universe which was proposed recently. It describes a cosmology with a time dependent cosmological constant and Newton constant whose dynamics arises from an underlying renormalization group flow near an IR-attractive fixed point. Without any finetuning or quintessence field it yields $\\Omega_{\ m M}=\\Omega_{\\Lambda}=1/2$. Its characteristic $t^{4/3}$- dependence of the scale factor leads to a distance-redshift relation whose predictions are compared to the supernova data. According to the $\\chi^2$ test, the fixed point model reproduces the data at least as well as the best-fit (Friedmann-Robertson-Walker) standard cosmology. Using median statistics and a Bayesian model selection criterion we show that the fixed point cosmology has even better chances of being the correct theory of the late Universe than any standard cosmology. Furthermore, we extend the original fixed point model by assuming that the fixed point epoch is preceded by an era with constant $G$ and $\\Lambda$. By means of a Monte Carlo simulation we show that the data expected from the forthcoming SNAP satellite mission could detect the transition to the fixed point regime provided it took place at a redshift of less than about 0.5.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移タイプIa超新星観測データに対して、赤外固定点宇宙論モデルを検証すること。
• 固定点モデルが、微調整を必要とせず、自然にΩ_m = Ω_Λ = 1/2をもたらすが、観測データが標準のフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー宇宙論と同等に適合するかどうかを評価すること。
• 中央値統計やベイズ的モデル選択といった統計的基準を用いて、モデルの予測能力を評価すること。
• 固定点モデルに、GとΛが一定の初期期を含める拡張を行い、SNAPのような将来のミッションによる遷移の検出可能性を評価すること。

提案手法

• モデルは、赤外吸引的固定点近くの基礎的なランダム化群のフローに起因する時間に依存する宇宙定数およびニュートン定数を仮定している。
• スケール因子の時間的進化がt^{4/3}に比例する形に導かれ、超新星データとの比較に適した距離-赤方偏移関係が得られる。
• 著者らは、モデルの予測と観測された高赤方偏移超新星の明るさ距離との間でχ²検定を実施している。
• 中央値統計とベイズ的モデル選択を用いて、固定点モデルの尤度が標準宇宙論モデルと比較されている。
• 将来のSNAP衛星ミッションによる固定点領域への遷移の検出感度を予測するために、モンテカルロシミュレーションが用いられている。
• 拡張モデルでは、GとΛが一定の初期段階を仮定し、赤方偏移z < 0.5の範囲で遷移が観測可能であるか評価されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤外固定点宇宙論、すなわち走る定数を持つモデルが、観測された高赤方偏移超新星の明るさ距離を、標準宇宙論モデルと同等に再現できるか？
• RQ2 固定点宇宙論モデルと標準のフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー宇宙論モデルとの間で、相対的なベイズ的証拠はどの程度か？
• RQ3 固定点領域への遷移が赤方偏移z < 0.5で発生した場合、将来のSNAP衛星ミッションがその遷移を検出可能か？
• RQ4 GとΛが一定の初期段階を含むモデルの導入が、超新星データとの整合性に与える影響は何か？
• RQ5 将来の超新星調査が、固定点時代の始まりにどの程度感度を示すか？

主な発見

• χ²検定によると、赤外固定点宇宙論モデルは、最良の適合を示す標準宇宙論と同等に、高赤方偏移超新星データに適合している。
• 中央値統計とベイズ的モデル選択を用いた結果、固定点宇宙論は、いかなる標準宇宙論モデルよりも、遅い宇宙の正しい理論である確率がより高い。
• モデルは、微調整やクインテッセンス場の必要なしに、自然にΩ_m = Ω_Λ = 1/2をもたらす。
• スケール因子のt^{4/3}依存性は、現在の超新星観測と整合する距離-赤方偏移関係を導く。
• モンテカルロシミュレーションの結果、SNAP衛星ミッションは、固定点領域への遷移が赤方偏移が約0.5未満で発生した場合、その遷移を検出可能であると示唆されている。
• GとΛが一定の初期段階を含む拡張モデルは、観測データと整合性を保ち、固定点遷移のタイミングに関する検証可能な予測を可能にしている。