[論文レビュー] Cosmological parameters from large scale structure observations

B. Novosyadlyj, Ruth Durrer+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、銀河団のパワースペクトル、特異速度、Ly-αフォrest分布、CMBの不均一性を含む広範なデータセットから、コスモロジカルパラメータを制約するためにカイ二乗最小化手法を用いる。データに最もよく合うのは、質量を持つニュートリノを含む傾きのあるΛMDMモデルであり、Ωₘ = 0.41 ± 0.11、n = 1.12 ± 0.10、h = 0.70 ± 0.12が得られた。低hのCDMモデルは高い信頼度で除外される。

ABSTRACT

The possibility of determining cosmological parameters on the basis of a wide set of observational data including the Abell-ACO cluster power spectrum and mass function, peculiar velocities of galaxies, the distribution of Ly-$α$ clouds and CMB temperature fluctuations is analyzed. Using a $χ^2$ minimization method, assuming $Ω_Λ+Ω_{ m{matter}} =1 $ and no contribution from gravity waves, we found that a tilted $Λ$MDM model with one sort of massive neutrinos and the parameters $n=1.12\pm 0.10$, $Ω_m=0.41\pm 0.11$ ($Ω_Λ=0.59\pm0.11$), $Ω_{cdm}=0.31\pm 0.15$, $Ω_ν=0.059\pm 0.028$, $Ω_b=0.039\pm 0.014$ and $h=0.70\pm 0.12$ matches observational data best. The 1$σ$ (68.3%) confidence limits on each cosmological parameter, which are obtained by marginalizing over the other parameters, are $0.82\le n\le1.39$, $0.19\leΩ_m\le 1$ ($0\leΩ_Λ\le 0.81$), $0\leΩ_ν\le 0.17$, $0.021\le Ω_b\le 0.13$ and $0.38\le h\le 0.85$ $1.5\le b_{cl}\le 3.5$. Here $b_{cl}$ is the cluster bias parameter. The best-fit parameters for 31 models which are inside of $1σ$ range of the best model are presented. It is shown also that observational data set used here rules out the class of CDM models with $h\ge 0.5$, scale invariant primordial power spectrum, zero cosmological constant and spatial curvature at very high confidence level, $>99.99%$. The corresponding class of MDM models are ruled out at $\sim 95%$ C.L.

研究の動機と目的

• 広範な大規模構造観測データを用いてコスモロジカルパラメータを特定すること。
• 観測データに対してΛCDMモデルおよびMDMモデルの妥当性を検証すること。
• ニュートリノ密度、スペクトル指数、ハッブル定数に対する制約を評価すること。
• 現在のデータが標準的なCDMモデル（h ≥ 0.5 かつ ΩΛ = 0）をどの程度の信頼水準で除外するかを評価すること。
• 主要なコスモロジカルパラメータのためのマージナライズド1σ信頼区間を提供すること。

提案手法

• 理論的予測と観測データを複数のプローブにわたって比較するために、χ²最小化手法が用いられる。
• 解析ではΩΛ + Ωmatter = 1を仮定し、重力波の寄与は除外される。
• データソースには、Abell-ACO銀河団パワースペクトル、銀河の特異速度、Ly-αフォレスト分布、CMB温度揺らぎが含まれる。
• モデルには1種類の質量を持つニュートリノが含まれており、傾きのある初期パワースペクトル（n ≠ 1）を許容する。
• 他のすべてのパラメータについてのマージナライゼーションを用いて、各コスモロジカルパラメータの1σ信頼区間が導かれる。
• クラスターバイアスパラメータbclは、フィッティングプロセスにおいて自由パラメータとして扱われる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模構造観測の統合データセットに最もよく合うコスモロジカルモデルは何か？
• RQ2 他のパラメータについてのマージナライゼーションを経た後、n、Ωₘ、h、Ων、Ωb はどの程度制約されるか？
• RQ3 現在の観測は、h ≥ 0.5 かつ ΩΛ = 0 の標準的CDMモデルをどの程度の程度で除外するか？
• RQ4 同様のパラメータを持つMDMモデルは、どの程度の信頼水準で除外されるか？
• RQ5 観測されたクラスターバイアスと質量関数は、ΛMDMモデルをどの程度制約するか？

主な発見

• 最良の適合モデルは、1つの質量ニュートリノを含む傾きのあるΛMDMモデルであり、n = 1.12 ± 0.10、Ωₘ = 0.41 ± 0.11が得られた。
• ハッブル定数はh = 0.70 ± 0.12に制約され、1σの範囲は0.38 ≤ h ≤ 0.85である。
• バリオン密度はΩb = 0.039 ± 0.014にあり、1σの範囲は0.021 ≤ Ωb ≤ 0.13である。
• ニュートリノ密度はΩν = 0.059 ± 0.028に制約され、1σの上限は0.17である。
• このモデルは、h ≥ 0.5、ΩΛ = 0、スケール不変スペクトルを持つCDMモデルを99.99％以上の信頼水準で除外する。
• 同様のパラメータを持つMDMモデルは約95％の信頼水準で除外される。