[論文レビュー] Is Cosmic Acceleration a Symptom of the Breakdown of General Relativity

Mustapha Ishak, Amol Upadhye+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、一般相対性理論の破綻が宇宙の加速膨張に起因する可能性を検証するために、ハッブル膨張と大規模構造の成長の間に成り立つ整合性関係をテストしている。5次元の修正重力モデルを用いて、ダークエネルギーのパrameter空間に整合性の欠如が生じることを特定し、このようなずれを修正重力の兆候として検出するためのマルチプローブ法を提案している。

ABSTRACT

If general relativity is the correct theory of physics on large scales, then there is a differential equation that relates the Hubble expansion function, inferred from measurements of angular diameter distance and luminosity distance, to the growth rate of large scale structure. Deviations from this consistency relationship could be the signature of the breakdown of general relativity on cosmological scales. As an example, we consider a universe described by a recently proposed 5-dimensional modified gravity theory. We demonstrate that this leads to an inconsistency within the dark energy parameter space. We propose a procedure to detect this signature of modified gravity theory using different combinations of cosmological probes.

研究の動機と目的

• 観測された宇宙の加速が、宇宙スケールでの一般相対性理論の不成立に起因する可能性を評価すること。
• ハッブル膨張と大規模構造の成長の整合性に現れる修正重力の兆候を特定すること。
• 5次元の修正重力理論が宇宙の加速を説明する可能性を評価すること。
• 一般相対性理論からのずれをテストするための、複数の宇宙論的プローブを組み合わせた検出手順を開発すること。

提案手法

• 一般相対性理論の下で、ハッブル膨張関数と大規模構造の成長率の間の整合性関係を定式化すること。
• この整合性条件を5次元の修正重力モデルに適用し、その予測を評価すること。
• 修正重力モデルにおけるダークエネルギーのパrameter空間に生じる整合性の欠如を分析すること。
• 光度距離、角度直径距離、構造成長データなどの複数の宇宙論的プローブの組み合わせを用いた検出戦略を提案すること。
• 観測的制約を用いて、推定されたパrameter空間における一般相対性理論からのずれをテストすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙の加速は、ダークエネルギーではなく、一般相対性理論の破綻に起因する可能性があるか？
• RQ2 5次元の修正重力モデルにおいて一般相対性理論が破綻した場合、ダークエネルギーのパrameter空間にどのような整合性の欠如が生じるか？
• RQ3 どのようにして宇宙論的プローブを組み合わせて、修正重力の兆候を検出できるか？
• RQ4 修正重力の状況下で、ハッブル膨張と大規模構造の成長の間にどのような整合性が存在するか？

主な発見

• 5次元の修正重力モデルは、一般相対性理論と比較して、ダークエネルギーのパrameter空間に検出可能な整合性の欠如を引き起こす。
• 一般相対性理論の整合性関係からのずれは、宇宙スケールにおける修正重力の兆候として機能する可能性がある。
• 提案されたマルチプローブ法により、光度距離、角度直径距離、構造成長測定を用いて、このようなずれをテストできる。
• 分析の結果、一般相対性理論の整合性条件が修正重力フレームワーク内で破綻していることが示され、大スケールでの理論の崩壊の可能性を示唆している。
• このフレームワークは、観測データを用いて修正重力モデルとダークエネルギーモデルを定量的に区別するための手法を提供している。