[論文レビュー] Dark energy, gravitation and the Copernican principle

Jean–Philippe Uzan|ArXiv.org|Dec 30, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、観測された宇宙の加速がダークエネルギーによるものか、コペルニクスの原理の破綻によるものかを検討し、宇宙定数ではなく、大きな低密度領域に住んでいる可能性を提案している。一般相対性理論やコペルニクスの原理といった基本的仮定をテストできることが、宇宙論的観測によって示され、ダークエネルギーの性質やΛCDMモデルの妥当性に影響を与える。

ABSTRACT

This text aims at discussing the relations between the cosmic acceleration and the theory of gravitation and more generally with the hypotheses underlying the construction of our cosmological model, such as the validity of general relativity on astrophysical scales and the Copernican principle. We hope to illustrate that cosmological data have now the potential of testing these hypotheses, which go beyond the measurements of its parameters.

研究の動機と目的

• 観測された宇宙の加速がダークエネルギーに起因するのか、それともコペルニクスの原理の破綻に起因するのかを評価すること。
• コペルニクスの原理が宇宙論的モデルの構築に果たす役割と、ハッブルスケールでその破綻が生じる可能性を評価すること。
• 大規模構造における不均一性や新しい物理が、宇宙定数を導入せずに宇宙の加速を説明できるかを検討すること。
• 宇宙論的スケールにおける一般相対性理論や対称性仮定の妥当性を、宇宙論的観測がどのようにテストできるかを調査すること。
• 基本的仮定に関する観測的制約に基づいて、ΛCDMモデルが依然として妥当であるか、あるいは拡張を要するかを特定すること。

提案手法

• 一般相対性理論、宇宙定数、コペルニクスの原理を仮定するΛCDMモデルを、参照としての宇宙論的フレームワークとして分析する。
• コペルニクスの原理を観測スケールで放棄した場合の影響を検討し、我々が大きな低密度領域に住んでいる可能性を提案する。
• 大規模構造の不均一性からのバックレアクト効果や新しい物理を含む代替的説明を検討する。
• 特に大スケールでの有効なストレssエネルギー張力の必要性を踏まえ、宇宙論における平均化手続きの役割を評価する。
• 多宇宙や超ハッブルスケールの不均一性のシナリオが、より大きなスケールでコペルニクスの原理を回復できるかを検討する。
• ダークエネルギーと修正重力、不均一モデルを区別するための観測的テストを提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブルスケールでのコペルニクスの原理の破綻によって、ダークエネルギーを導入せずに観測された宇宙の加速を説明できるか？
• RQ2 宇宙論的スケールにおける一般相対性理論の妥当性を、宇宙論的観測がどの程度テストできるか？
• RQ3 宇宙定数は基本定数であるのか、それとも多宇宙における選択効果の結果としてその小さな値が生じるのか？
• RQ4 多宇宙を想起しなくても、超ハッブルスケールでコペルニクスの原理を回復できるか？
• RQ5 宇宙定数と不均一モデル、または修正重力の間を区別する観測的シグネチャは何か？

主な発見

• 我々が大きな低密度領域に住んでいるならば、観測された宇宙の加速はダークエネルギーを必要としない可能性があり、これはハッブルスケールでのコペルニクスの原理の挑戦を示唆する。
• 理論的期待値と60桁も異なる宇宙定数の値——いわゆる宇宙定数問題——は未解決であり、より深い物理的問題を示唆している。
• すべてのスケールの高密度・低密度領域の統計的分布が存在するならば、超ハッブルスケールでコペルニクスの原理を保つことが可能である。
• 一般相対性理論や対称性仮定の妥当性をテストする観測的アプローチは、ΛCDMモデルが宇宙の正しい記述であるかどうかを特定するために不可欠である。
• 一般相対性理論およびコペルニクスの原理に関するすべてのノルテストに失敗した場合、ΛCDMモデルはその成功にもかかわらず、検証不能かつ精錬不能なままである可能性がある。
• 大規模構造からのバックレアクトが加速の原因である可能性は依然として成立しているが、より深い理論的・観測的検討を要する。