[論文レビュー] Constraining Galileon gravity from observational data

Koichi Hirano, Zen Komiya+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、物質摂動の成長率、超新星Ia、CMB、BAOの観測データを用いてガリレオン重力理論を制約している。ガリレオンモデルではニュートン定数が増大し、結果として成長率が上昇するが、その結果、成長率データから得られるΩ_{m,0}の最良適合値は他のプローブと比べて顕著に低くなる。これは、ΛCDMモデルに比べて観測と整合性が低いガリレオンモデルを示している。

ABSTRACT

We studied the cosmological constraints on the Galileon gravity obtained from observational data of the growth rate of matter density perturbations, the supernovae Ia (SN Ia), the cosmic microwave background (CMB), and baryon acoustic oscillations (BAO). For the same value of the energy density parameter of matter $\Omega_{m,0}$, the growth rate $f$ in Galileon models is enhanced, relative to the $\Lambda$CDM case, because of an increase in Newton's constant. The smaller $\Omega_{m,0}$ is, the more growth rate is suppressed. Therefore, the best fit value of $\Omega_{m,0}$ in the Galileon model, based only the growth rate data, is quite small. This is incompatible with the value of $\Omega_{m,0}$ obtained from the combination of SN Ia, CMB, and BAO data. On the other hand, in the $\Lambda$CDM model, the values of $\Omega_{m,0}$ obtained from different observational data sets are consistent. In the analysis of this paper, we found that the Galileon model is less compatible with observations than the $\Lambda$CDM model. This result seems to be qualitatively the same in most of the generalized Galileon models in which Newton's constant is enhanced.

研究の動機と目的

• ガリレオン重力が現在の宇宙論的観測とどの程度整合性があるかを評価すること。
• ガリレオンモデルにおけるニュートン定数の増大が、物質密度摂動の成長率に与える影響を調査すること。
• ガリレオンモデルにおいて、異なる観測データセットから推定される物質量密度パラメータΩ_{m,0}の値を比較すること。
• SN Ia、CMB、BAO、および成長率測定の統合データと対比した場合に、ガリレオンモデルが依然として妥当性を保っているかどうかを評価すること。
• 異なるデータセット間でΩ_{m,0}の値に矛盾が生じるかどうかが、ガリレオン重力がΛCDMに比べて根本的に観測と不整合であることを示唆するかどうかを検討すること。

提案手法

• ガリレオン重力のパラメータを制約するために、物質密度摂動の成長率に関する観測データを用いた。
• 成長率データを超新星Ia、宇宙マイクロ波背景（CMB）、およびバリオンアコースティックオシレーション（BAO）データと組み合わせ、統合的制約を実施した。
• ガリレオンモデルにおける有効ニュートン定数を計算した。これはΛCDMに比べて増大しており、その結果成長率fが上昇する。
• χ²尤度解析を実施し、ガリレオンモデルとΛCDMモデルにおけるΩ_{m,0}の最良適合値を特定した。
• ガリレオンモデルとΛCDMモデルにおける、異なるデータセットから得られるΩ_{m,0}の整合性を比較した。
• 成長率データからのΩ_{m,0}の値と他のプローブからの値との間の矛盾を検討することで、モデル全体の観測との整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガリレオンモデルにおける増大したニュートン定数は、ΛCDMと比較して物質密度摂動の成長率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 成長率データのみで制約された場合、ガリレオンモデルにおけるΩ_{m,0}の最良適合値は何か？
• RQ3 ガリレオンモデルにおいて、成長率データから推定されるΩ_{m,0}の値は、SN Ia、CMB、BAOデータから得られる値とどのように比較されるか？
• RQ4 ガリレオンモデルは、ΛCDMモデルと同程度に観測データと整合性を保っているか？
• RQ5 ガリレオンモデルにおいて、異なるデータセット間でΩ_{m,0}の値に矛盾が生じる場合、これは観測と根本的に不整合であることを示唆するか？

主な発見

• ガリレオンモデルでは、有効ニュートン定数が増大するため、ΛCDMに比べて成長率fが上昇する。
• 成長率データのみで制約した場合、増大した成長率の影響により、Ω_{m,0}の最良適合値はΛCDMに比べて顕著に小さくなる。
• ガリレオンモデルにおいて、成長率データから推定されるΩ_{m,0}の値は、SN Ia、CMB、BAOの統合データから得られる値と不一致である。
• 一方、ΛCDMモデルでは、異なるデータセットからのΩ_{m,0}の値は整合している。
• ガリレオンモデルにおいて、データセット間でΩ_{m,0}の値に矛盾が生じるという事実は、ΛCDMに比べて観測との全体的な整合性が低下していることを示している。
• この結果は、ニュートン定数が増大するほとんどの一般化ガリレオンモデルにおいて、定性的に一貫性を示している。