[論文レビュー] Domain Wall Dominated Universes

Richard A. Battye, Martin Bucher+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、宇宙定数が不要な宇宙加速を説明できる、固体的暗黒物質成分を有するドメインウォール支配宇宙を提案する。このモデルは、$w = -2/3$ を示し、小スケールでは集団化せず、CMBおよび大規模構造データと整合性を保ち、CMB非等方性パターンおよび重力レンズ効果によってクインテッセンスと区別可能である。

ABSTRACT

We consider a cosmogony with a dark matter component consisting of a network of frustrated domain walls. Such a network provides a solid dark matter component with $p=-(2/3)ρ$ that remains unclustered on small scales and with $Ω_{ m dw}\approx 0.7$ can reconcile a spatially flat universe with the many observations indicating $Ω_{ m m}\approx 0.3.$ Because of its large negative pressure, this component can explain the recent observations indicating an accelerating universe without recourse to a non-vanishing cosmological constant. We explore the viability of this proposal and prospects for distinguishing it from other kinds of proposed dark matter with significant negative pressure.

研究の動機と目的

• 宇宙定数の代替としてドメインウォール支配宇宙の妥当性を検討すること。
• 負の圧力を示す固体的暗黒物質成分が、観測された物質密度（$\Omega_{\rm m} \approx 0.3$）と平坦宇宙を調和させられるかを評価すること。
• 固体的暗黒物質の非ゼロのせん断弾性率が、クインテッセンスや$\Lambda$モデルと比較して、宇宙論的摂動およびCMB非等方性に与える影響を調査すること。
• 将来のCMBおよび大規模構造観測が、固体的暗黒物質を他の暗黒エネルギー候補と区別できるかを特定すること。
• X線連星クラスタ観測からのCOBE正規化$\sigma_8$制約と、モデルの整合性を評価すること。

提案手法

• 非ゼロのせん断弾性率と$w = -2/3$ を有する固体的暗黒物質成分を伴う宇宙論的摂動の形式的扱い。
• CMBFASTを用いて、音速と$\Omega_{\rm m}$を変化させたドメインウォール支配モデルのCMB非等方性パワー スペクトルを計算。
• 相対尤度関数 $\langle \ln(P_A/P_B) \rangle = -\frac{1}{2} \sum_\ell (2\ell+1) \left[1 - \frac{C_\ell^{(A)}}{C_\ell^{(B)}} + \ln\left(\frac{C_\ell^{(A)}}{C_\ell^{(B)}}\right) \right]$ を用いたモデル尤度の比較。
• COBEデータに正規化した$\sigma_8$ を、$w = -2/3$ および $n = 1.0, 1.1$ の場合の $\Omega_{\rm m}-h$ 平面で評価。
• CMB非等方性へのテンソル寄与を組み込むことで、$\sigma_8$ の上限を緩和。
• 重力レンズおよび大規模構造との相互相関を、区別可能なプローブとして分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $w = -2/3$ のドメインウォール支配宇宙は、宇宙定数が存在しない状況でも観測された宇宙加速を説明できるか？
• RQ2 固体的暗黒物質の非ゼロのせん断弾性率が、クインテッセンスや$\Lambda$モデルと比較して、宇宙論的摂動およびCMB非等方性に与える影響は何か？
• RQ3 将来のCMBおよび大規模構造観測が、固体的暗黒物質を他の暗黒エネルギー候補とどれほど明確に区別できるか？
• RQ4 ドメインウォール支配モデルは、X線連星クラスタ観測からのCOBE正規化$\sigma_8$ 制約と整合的か？
• RQ5 固体的暗黒物質内の摂動の音速が、同様の$w$ を持つ他のモデルと区別する上で果たす役割は何か？

主な発見

• $w = -2/3$ および $\Omega_{\rm dw} \approx 0.7$ のドメインウォール支配宇宙は、空間的に平坦な宇宙と $\Omega_{\rm m} \approx 0.3$ を調和させ、宇宙定数が存在しない状況でも宇宙加速を説明できる。
• 音速が設定する大きなジェイン波長のおかげで、小スケールでは集団化せず、銀河スケールの探査では検出されない。
• $w = -2/3$ の場合、CMB非等方性パワー スペクトルのみでは、固体的暗黒物質とクインテッセンスを区別するのはほぼ不可能である。これは、$C_\ell$ の振る舞いの類似性に起因する。
• $w = -1/3$ の場合、音速および異方的応力の違いにより、固体的暗黒物質とクインテッセンスモデルを明確に区別できる。
• $\Omega_{\rm m}$ が同じであれば、$w = -2/3$ のすべてのモデルは $\Lambda$ モデルと区別可能であり、特に $\Omega_{\rm m}$ が減少する際、顕著である。
• X線連星クラスタからの$\sigma_8$ 制約と整合的であり、$n = 1.0$ および $n = 1.1$ の場合、$h$ を増加させたり、テンソル寄与を含めたりすることで、$\Omega_{\rm m}-h$ 平面における妥当な領域が得られる。