[論文レビュー] Dynamical dark energy models with singularities in the view of the forthcoming results of the growth observations

Tomasz Denkiewicz|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 39被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、将来の特異的状態を示す動的ダークエネルギーモデル（特に突然の未来特異性：SFS、スケール因子有限の特異性：FSFS）が、標準的なΛCDMモデルと区別可能かどうかを調査する。ニュートンゲージにおける波数依存の摂動方程式を、サブ・ハブル近似を用いずに解くことで、特異的モデルでは成長関数に波数依存のずれが生じることを示した。これにより、将来の観測データが、これらのモデルのパラメータ空間の広い範囲を除外可能となる。

ABSTRACT

The question of the origin of the recent acceleration of the Universes expansion is still pending. What is making the situation even worst, it is impossible to distinguish the vast majority of the proposed models of the dynamical dark energy and modified gravity from the $ΛCDM$ in view of recent geometrical and dynamical, observational data. On the other hand on scales much smaller than the present Hubble scale, there are differences in the growth of the matter perturbations for different modes of the perturbations in the $ΛCDM$. In the view of the new planned observations that will give insight into the perturbations of the dark sector this issue is being worth of further investigation. We analyze the evolution of the dark matter perturbations in the dynamical dark energy models with the singularities, such as the sudden future singularity and the finite scale factor singularity. We employ the Newtonian gauge formulation for derivation of the perturbation equations for the growth function. We abandon the sub-Hubble approximation, what leads to the scale dependent solutions for the perturbations. Treating the growth function as a scale dependent allows to differentiate the dynamical dark energy models with the singularities and the dynamical dark energy models and the $ΛCDM$. The new data constraining growth of the perturbations will be able to rule out the whole range of the values of the parameters allowed by the present data of the dynamical dark energy models with the sudden future singularity and the finite scale factor singularity.

研究の動機と目的

• 今後の成長率観測が、将来の特異性を示す動的ダークエネルギーモデル（SFS, FSFS）とΛCDMモデルを区別できるかどうかを評価すること。
• サブ・ハブル近似を越えた波数依存の物質摂動の進化を、特異的ダークエネルギー状況で調査すること。
• 今後の弱引力レンズおよびCMB偏光実験（例：Euclid, DES, CoRE, PRISM）が、特異的ダークエネルギーモデルを制約または除外する可能性を評価すること。
• 特異的モデル（SFS, FSFS）における成長関数が、さまざまな摂動波数ベクトルでΛCDMとは顕著に異なることを示すこと。特に高赤方偏移で顕著である。
• 波数依存の成長関数を用いた、特異的ダークエネルギーモデルのテストフレームワークを提供すること。これにより、波数独立近似の限界を避ける。

提案手法

• サブ・ハブル近似を避けることで、ニュートンゲージにおけるダークマターの波数依存摂動方程式の完全なセットを導出する。
• 時間依存のハッブルパラメータおよびダークエネルギー寄与を組み込んだ、スケール因子を変数とする線形密度コントラスト進化方程式（式2.4）を解く。
• 波数依存の成長指数γを用いた、成長率パラメータ化 f(a) = d(ln δm)/d(ln a) を適用し、モード依存の進化を捉える。
• SFSおよびFSFSシナリオのモデル固有のパラメータ化を用い、既存の幾何的制約（SNIa, BAO, H(z)）を満たすようにパラメータを調整する。
• SFS, FSFS, ΛCDMモデルの間で、波数k（0.001〜0.1 h Mpc⁻¹）に依存する成長関数f(z)を比較する。
• 成長関数の赤方偏移依存進化を分析し、近い将来の調査で検出可能なずれを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 今後の成長率観測は、特異性を示す動的ダークエネルギーモデル（SFS, FSFS）とΛCDMモデルを区別できるか？
• RQ2 さまざまなスケールで、特異的ダークエネルギーモデルにおけるダークセクターの摂動は、ΛCDMとどのように異なって進化するか？
• RQ3 波数依存の解が、波数独立近似では見えないモデル固有のシグネチャをどれほど明確に示すか？
• RQ4 今後の弱引力レンズおよびCMB偏光実験（例：Euclid, DES, CoRE, PRISM）が、特異的ダークエネルギーモデルのパラメータ空間にどの程度の制約を課せるか？
• RQ5 特異的モデルにおいて、さまざまな摂動モード（kモード）間の成長関数の差異は、赤方偏移とともにどのように変化するか？

主な発見

• SFSおよびFSFSモデルにおける成長関数は顕著な波数依存性を示し、高赤方偏移でΛCDMからのずれが増大する。
• k ≈ 0.002 h Mpc⁻¹モードでは、短波長モードと比較して、z ≈ 5で約10%の差が生じ、赤方偏移とともに増大する。
• すべてのkモードで、SFS, FSFS, ΛCDMモデル間の成長関数値に顕著な差が生じ、特に高赤方偏移で顕著である。
• SFSおよびFSFSのモデルパラメータは、現在の幾何的プローブ（SNIa, BAO, H(z)）と整合するように選定されており、既存の制約下でも妥当性を保っている。
• 特異的モデルにおける成長関数の波数依存性は、高赤方偏移・大スケールでの摂動成長測定によって探査可能な明確な観測的シグネチャを提供する。
• 今後の高赤方偏移・大スケールでの摂動成長データは、SFSおよびFSFSモデルのパラメータ空間の広い範囲を除外可能であり、これらのシナリオの反証が可能となる。