[論文レビュー] Dynamical Vacuum against a rigid Cosmological Constant

Joan Solà, Rafael C. Nunes+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、宇宙の加速を説明するための宇宙定数（Λ）の代替としての動的真空中モデル（DVMs）を調査する。SNIa、BAO、H(z)、LSS、CMBのデータを統合してフィットさせた結果、DVMs、特にランニング真空中モデル（RVM）がΛCDMよりも顕著に優れたフィットを示し、Λ=constは約4σの信頼水準で除外される。AICおよびBIC基準によって強く支持される。

ABSTRACT

When we are approaching the centenary of the introduction of the cosmological constant, $\Lambda$, by Einstein in his gravitational field equations, and after about two decades of the first observational papers confirming the existence of a non-vanishing, positive, $\Lambda$ as the most likely explanation for the observed acceleration of the Universe, we are still facing the question whether $\Lambda$ is truly a fundamental constant of Nature or a mildly evolving dynamical variable. In this work, we compare a triad of dynamical vacuum models (DVM's) in interaction with matter. By performing an overall fit to the $SNIa+BAO+H(z)+LSS+CMB$ cosmological data, we find that the three DVM's are significantly more favored than the $\Lambda$CDM. Compared to the best DVM (the running vacuum model) the option $\Lambda=$const is excluded at $\sim 4\sigma$ c.l. This conclusion is strongly supported by Akaike and Bayesian criteria, both rendering more than 25 points of difference against a rigid $\Lambda$.

研究の動機と目的

• 宇宙定数Λが真に定数であるのか、あるいは動的変数である可能性があるかを評価すること。
• 標準のΛCDMモデルと比較して、3つの動的真空中モデル（DVMs）の妥当性を検証すること。
• 包括的な宇宙論的データを用いて、Λ=constの代替としてのDVMの統計的優位性を評価すること。
• 観測された宇宙の加速が、固定されたΛではなく、時間変化する真空中エネルギーによって説明可能かどうかを特定すること。

提案手法

• 時間とともに変化する真空中エネルギー密度を持つ3つの異なる動的真空中モデル（DVMs）を構築し、物質と相互作用させること。
• SNIa、BAO、H(z)、LSS、CMB観測の統合データセットに対して、グローバルフィットを実行すること。
• モデル性能を比較するために、アカイケ情報基準（AIC）およびベイジアン情報基準（BIC）といった統計基準を適用すること。
• 尤度解析を用いて、最良のDVMと比較してΛ=constの場合の除外の有意水準を計算すること。
• 真空中エネルギー密度をハッブルパラメータまたはスケール因子の関数としてモデル化し、時間変化を可能にする。
• DVMとΛCDMモデルとの間でベイズ的証拠および情報基準を比較し、モデル選択における優位性を定量化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙定数Λは真に定数であるのか、あるいはわずかに変化する動的変数である可能性があるのか？
• RQ2 動的真空中モデルは、現在の宇宙論的観測と比較してΛCDMに比べてどの程度優れているか？
• RQ3 定数Λを除外する統計的有意水準はどの程度か？
• RQ4 どのDVMがSNIa+BAO+H(z)+LSS+CMBデータセットに最も適したフィットを示すか？
• RQ5 AICおよびBIC基準は、DVMとΛCDMの間でモデル選択においてどのように順位をつけるか？

主な発見

• テストされた3つのDVMの中で、ランニング真空中モデル（RVM）が最も優れた性能を示し、宇宙論的データへのフィットが最も良好である。
• 最良のDVMと比較して、Λ=constのケースは約4σの信頼水準で除外される。
• AICおよびBIC基準の両方が、最良のDVMがΛCDMモデルを25ポイント以上上回ることを示している。
• SNIa+BAO+H(z)+LSS+CMBの統合データセットは、定数Λよりも動的真空中エネルギーを強く支持する統計的根拠を提供する。
• 証拠は、時間変化する真空中エネルギー密度が、剛体な宇宙定数よりも宇宙加速のより正確な記述であると強く支持する。
• 結果から、宇宙定数が根本的な定数ではなく、現在の観測の文脈では効果的で時間変化する量である可能性が示唆される。