[論文レビュー] Constraints on warm dark matter with redshift-space distortion after Planck data

Weiqiang Yang, Lixin Xu|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、プランク宇宙マイクロ波背景放射データと赤方偏移空間歪み測定を用いて、小スケール宇宙論的スケールにおける寒冷ダークマター（CDM）の代替としての温かくダークマター（WDM）の可能性を調査している。同期ゲージにおける摂動方程式を導出し、ダークマターおよびバリオンの成長因子を計算し、WDMの自由行程スケールを制約した結果、約1.5 keVの熱的レリックでは95%信頼水準で不適切であることが判明した。

ABSTRACT

State Key Laboratory of Theoretical Physics, Institute of Theoretical Physics,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, People’s Republic of ChinaIn small scale, warm dark matter is a better candidate of dark matter than cold dark matter.So, in this paper, we study a model which is composed by the cosmological constant and warmdark matter. In the synchronous gauge, we obtain the perturbation equations of warm dark matter,and deduce the evolution equations of growth factor about dark matter and baryons. Then, thetheoretical values of fσ

研究の動機と目的

• 小スケール宇宙論的スケールにおける温かくダークマター（WDM）が、寒冷ダークマター（CDM）の妥当な代替手段であるかどうかを評価すること。
• プランクデータと赤方偏移空間歪み観測を用いて、WDMの自由行程スケールに対する制約を強化すること。
• 同期ゲージにおけるWDMおよびバリオンの摂動方程式を導出し、解くこと。
• ΛWDMモデルにおけるダークマターおよびバリオンの成長因子の時間発展を計算すること。
• 特に赤方偏移空間歪みを含めた現在の大規模構造データとWDMモデルの整合性を検証すること。

提案手法

• WDMの自由行程特性を考慮した同期ゲージにおける摂動方程式を定式化する。
• ΛWDM宇宙論モデルにおけるダークマターおよびバリオンの成長因子の時間発展方程式を導出する。
• モデルパラメータを制約するために、プランク2015年の宇宙マイクロ波背景放射データを事前分布として用いる。
• 構造形成の成長率を調べるために、赤方偏移空間歪み測定を組み込む。
• CMBおよび赤方偏移空間歪みデータを統合した尤度解析を実施し、WDM粒子質量の制約を求める。
• パラメータ制約の精度を推定するためにフィッシャー行列技術を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温かくダークマターは、寒冷ダークマターと比較して、大規模構造の成長にどのように影響を与えるか？
• RQ2 プランクデータおよび赤方偏移空間歪みデータを用いることで、温かくダークマターの自由行程スケールにどのような制約を課せるか？
• RQ3 質量1.5 keVの熱的レリックは、現在の宇宙論的観測と整合的か？
• RQ4 赤方偏移空間歪みは、温かくダークマター粒子質量の制約をどのように向上させるか？
• RQ5 非ゼロの熱的速度分散が、WDMモデルにおける物質パワースペクトルに与える影響は何か？

主な発見

• モデルは、物質パワースペクトルの観測された小スケールパワー抑制と整合的に、WDMが小スケールパワーを抑制することを示している。
• プランクデータと赤方偏移空間歪みデータを統合した結果、質量1.5 keVの熱的レリックは95%信頼水準で不適切である。
• WDMの自由行程スケールに対する上限は、95%信頼水準で約1.5 Mpc未満に制限されている。
• 赤方偏移空間歪みは、構造形成の成長率への感度を著しく向上させ、WDMパラメータの制約を厳しくしている。
• CMBのみの制約と比較して、赤方偏移空間歪みデータの組み込みにより、WDM粒子質量の推定における不確実性が低下している。
• WDMおよびバリオンの導出された成長因子の時間発展は、ΛCDMモデルと比較して小スケールでのクラスタリングアモルビトゥードの抑制を示している。