[論文レビュー] Cosmological solution of Machian gravity

Santanu Das|arXiv (Cornell University)|May 21, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、マッハの原理に基づく宇宙論的モデルを提案し、便宜的な成分を必要とせずに、暗黒物質、暗黒エネルギー、暗黒放射に相当する幾何的項を自然に生成する。このモデルはPlanck+WPデータに適合し、有効なニュートリノ種の過剰と高いヘリウム質量分率を説明でき、暗黒成分を含まない標準モデルの妥当な代替案を提供する。

ABSTRACT

The standard model of cosmology is based on the general theory of relativity and demands more than 95\% of the universe to consist of dark matter and dark energy that has no direct observational evidence till date. The foundation of the concept these dark components are based on a fixed relation between the strength of the gravitational field and the matter density. Alternate models are put forward in past to explain the observations without dark components in the universe. Though they have their own merits and draw backs. In this paper we propose a new cosmological model based on Mach's principle. It provides a similar cosmology as that of the standard cosmological model without any ad-hoc dark matter or dark energy. We show that the theory naturally provides some geometric terms that behave like dark mater and dark energy and dark radiation. The presence of dark radiation provides new observational features in cosmology. We show that the theory is supported by observational data from Big Bang Nucleosynthesis and Cosmic Microwave Background, and provides an explanations for excess number of effective neutrino species and higher Helium mass fraction in the universe. We also calculate the best fit cosmological parameters for our model using Planck+WP data.

研究の動機と目的

• 便宜的な暗黒物質および暗黒エネルギー成分を必要としない、マッハの原理に基づく宇宙論的モデルの構築を目的とする。
• 標準宇宙論モデルにおける暗黒物質および暗黒エネルギーの直接観測的証拠の欠如に対処すること。
• マッハの重力から生じる幾何的項を用いて、観測された有効ニュートリノ種の過剰および高いヘリウム質量分率を説明すること。
• ビッグバン核合成および宇宙マイクロ波背景測定を含む観測データに対して、モデルをテストすること。

提案手法

• 慣性的性質が物質の全空間的分布から生ずるというマッハの原理に基づく重力理論の構築。
• 暗黒物質、暗黒エネルギー、暗黒放射に類似した性質を示す幾何的項を含む宇宙論的方程式の導出。
• 宇宙マイクロ波背景パワースペクトルおよびBBN制約などの標準的宇宙論的観測量へのモデルの適用。
• 宇宙論的パラメータを特定するために、Planck + WP観測データにモデルをフィットすること。
• 有効ニュートリノ種およびヘリウム質量分率の予測を観測測定値と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マッハの重力フレームワークは、暗黒物質や暗黒エネルギーを仮定せずに、観測された宇宙論的進化を再現できるか？
• RQ2 マッハの重力から生じる幾何的項は、自然に観測された暗黒エネルギーおよび暗黒物質の効果を説明できるか？
• RQ3 このモデルは、観測された有効ニュートリノ種の過剰および高いヘリウム質量分率を説明できるか？
• RQ4 標準モデルと比較して、マッハモデルはPlanck + WP宇宙論的データにどの程度適合するか？

主な発見

• マッハの重力モデルは、暗黒物質、暗黒エネルギー、暗黒放射に類似した性質を示す幾何的項を生成し、便宜的な成分の導入を不要にする。
• このモデルは、Planckデータと整合的な観測された有効ニュートリノ種の過剰をうまく説明する。
• このモデルは、標準BBNよりも高いヘリウム質量分率を予測し、観測測定値と一致する。
• Planck+WPデータから導かれた最良適合宇宙論的パラメータは、モデルの予測と一致する。
• 理論は、ビッグバン核合成および宇宙マイクロ波背景の観測両方によって支持される。
• モデルに暗黒放射を組み込むことで、観測データとの一致を改善する新たな観測的特徴が得られる。