[論文レビュー] Constraints on the time variation of the speed of light using Strong lensing

Seokcheon Lee|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2021

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、161個の銀河スケールの強引力レンズ（SGL）システムを用いて、meVSLモデルにおける光の速度の時間変動を制約する。レンズ質量モデルと宇宙論的距離関係を用いる。結果として、PlanckによるΩₘ₀の事前分布では、meVSLパラメータbが負（b < 0）となり、過去には光の速度が速く、重力が強いことを示唆する。一方、WMAPの事前分布では1-σ範囲内でゼロと一致し、時間変動の兆候は認められない。これは事前分布の仮定に敏感であり、より多くのSGLデータの必要性を示している。

ABSTRACT

Due to the recent growth of discoveries of strong gravitational lensing (SGL) systems, one can statistically study both lens properties and cosmological parameters from 161 galactic scale SGL systems. We analyze meVSL model with the velocity dispersion of lenses by adopting the redshift and surface mass density depending power-law mass model. Analysis shows that meVSL models with various dark energy models including $Λ$CDM, $ω$CDM, and CPL provide the negative values of meVSL parameter, $b$ when we put the prior to the $Ω_{m 0}$ value from Planck. These indicate the faster speed of light and the stronger gravitational force in the past. However, if we adopt the WMAP prior on $Ω_{m0}$, then we obtain the null results on $b$ within 1-$σ$ CL for the different dark energy models.

研究の動機と目的

• 強引力レンズ（SGL）システムを用いて、光の速度の時間変動を制約すること。
• 異なる宇宙論的事前分布（Planck対WMAP）が、推定されるmeVSLパラメータbに与える影響を調査すること。
• SGLデータが、ダークエネルギーモデル（ΛCDM、ωCDM、CPL）における時間変動する光の速度および重力結合定数と整合しているかを評価すること。
• SGLに基づく宇宙論的制約における統計的パワーと系貫性要因を評価すること。

提案手法

• レンズ系の赤方偏移および表面質量密度に依存するべき乗法則質量モデルを採用する。
• 観測量比R^obs = (c₀² θ_E)/(4π σ_DM²) を、角エインシュタイン半径（θ_E）と星族速度分散（σ_DM）を用いて導出する。
• 共動距離および角度距離を用いて、meVSL宇宙論モデルから理論的R^thを導出し、R^obsと比較する。
• χ²最小化法を用いて、meVSLパラメータbを含む宇宙論的パラメータを、異なるダークエネルギーモデル（ΛCDM、ωCDM、CPL）でフィッティングする。
• Ωₘ₀にWMAPおよびPlanckの事前分布を適用し、分析における事前分布の感度を評価する。
• 赤方偏移、速度分散、像の分離角が測定済みの161個のSGLシステムを用い、モデルパラメータを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強引力レンズデータは、meVSLモデルにおける光の速度の時間変動を示唆するか？
• RQ2 WMAPとPlanckのΩₘ₀事前分布の違いが、meVSLパラメータbの推定値にどのように影響するか？
• RQ3 ΛCDM、ωCDM、CPLモデルの各々において、bの制約は一貫しているか？
• RQ4 超新星や成長率データの結果と比較して、どのように異なるか？
• RQ5 SGLに基づく時間変動する光の速度の制約の統計的有意性と頑健性はいかがなものか？

主な発見

• PlanckのΩₘ₀事前分布のもとでは、meVSLパラメータbは負の値に制約され（CPLモデルではb ≈ -0.339 ± 0.091）、過去には光の速度が速く、重力が強いことを示唆する。
• ΛCDMおよびωCDMモデルにおいても、Planck事前分布の下ではbは負（それぞれb ≈ -0.95 ± 0.054および-0.944 ± 0.054）であり、初期宇宙における光の速度の増加と整合的である。
• WMAPのΩₘ₀事前分布では、すべてのダークエネルギーモデルにおいてbは1-σ信頼区間内でゼロと一致し、光の速度に顕著な時間変動は認められない。
• 結果はΩₘ₀の事前分布の選択に敏感であり、WMAPかPlanckの事前分布を使用するかによってbの符号が逆転する。
• 現在のSGLデータのみでは、Ωₘ₀に強い事前分布を課さない限りbを信頼性高く制約できないことが示され、より大規模で高精度なSGLサンプルの必要性が強調される。
• 成長率および超新星データからの制約とは一貫しない結果であり、SGLベースの解析にシステムティックな要因やモデル依存性が存在する可能性を示唆している。