[論文レビュー] Is Cosmology Solved?

P. J. E. Peebles|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

P. J. E. ピーブルズは、相対論的フレリューディス＝アインシュタインモデルに強い観測的支援があるにもかかわらず、現代の宇宙論が本当に『解決された』かどうかを鋭く検討する。彼は、このモデルが強く過剰制約されていないと主張しており、質量密度や宇宙定数といった重要なパラメータが観測データによって強く制約されていない。これは、宇宙論がまだ完全に落ち着いていないことを示唆しているが、近い将来の観測によってやっと決定的なテストが可能になる可能性がある。

ABSTRACT

We have fossil evidence from the thermal background radiation that our universe expanded from a considerably hotter denser state. We have a well defined and testable description of the expansion, the relativistic Friedmann-Lemaitre model. Its observational successes are impressive but I think hardly enough for a convincing scientific case. The lists of observational constraints and free hypotheses within the model have similar lengths. The scorecard on the search for concordant measures of the mass density parameter and the cosmological constant shows that the high density Einstein-de Sitter model is challenged, but that we cannot choose between low density models with and without a cosmological constant. That is, the relativistic model is not strongly overconstrained, the usual test of a mature theory. Work in progress will greatly improve the situation and may at last yield a compelling test. If so, and the relativistic model survives, it will close one line of research in cosmology: we will know the outlines of what happened as our universe expanded and cooled from high density. It will not end research: some of us will occupy ourselves with the details of how galaxies and other large-scale structures came to be the way they are, others with the issue of what our universe was doing before it was expanding. The former is being driven by rapid observational advances. The latter is being driven mainly by theory, but there are hints of observational guidance.

研究の動機と目的

• 現在の宇宙論的モデルが観測によって十分に制約されているかどうかを評価すること。
• フレリューディス＝アインシュタインの相対論的モデルにおける観測的制約と自由パラメータのバランスを評価すること。
• 宇宙定数を含む低密度モデルと含まないモデルの両方を、それらの状態について検討すること。
• 現在の宇宙論が成熟した、過剰に制約された科学的理論の基準を満たしているかどうかを判断すること。
• 残存する宇宙論的パラメータの不確実性を解消するための将来の観測的道筋を特定すること。

提案手法

• 宇宙マイクロ波背景と大規模構造の観測データを分析し、宇宙論的パラメータを制約すること。
• アインシュタイン＝ド・シータモデル（高密度、宇宙定数ゼロ）と宇宙定数を含む低密度モデルの予測力の違いを比較すること。
• 相対論的フレリューディス＝アインシュタインモデルにおける過剰制約の程度を評価し、科学的成熟の重要な基準とする。
• 1998年時点での宇宙論的パラメータ推定の状態をレビューし、質量密度パラメータ（Ωm）と宇宙定数（Λ）に焦点を当てる。
• 将来の観測の進展が現在の曖昧性を解消する可能性に及ぼす影響を検討すること。
• 標準的な相対論的宇宙論モデルを、整合性と予測力のテストの基準として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の観測データによって、相対論的フレリューディス＝アインシュタインモデルはどの程度強く過剰制約されているか？
• RQ2 既存のデータに基づいて、宇宙定数を含む低密度モデルと含まないモデルを区別できるか？
• RQ3 宇宙マイクロ波背景からの観測的制約を踏まえると、アインシュタイン＝ド・シータモデルはまだ妥当性を保っているか？
• RQ4 『解決された』宇宙論的モデルを特徴づける基準は何であり、現在の宇宙論はそれらを満たしているか？
• RQ5 将来の観測は、ΩmとΛの制約をどの程度改善し、現在の曖昧性を解消する可能性があるか？

主な発見

• 相対論的フレリューディス＝アインシュタインモデルは、観測的制約の数と自由パラメータの数がほぼ同等であるため、強く過剰制約されていない。
• 高密度のアインシュタイン＝ド・シータモデルは現在のデータによって挑戦を受けているが、明確に除外されてはいない。
• 宇宙定数を含む低密度モデルと含まないモデルの間には、決定的な観測的好みがない。
• モデルの強い過剰制約の欠如は、宇宙論がまだ成熟した、完全に制約された理論ではないことを示している。
• 近い将来の観測プログラムによって、パラメータの制約が著しく改善され、やがてモデルの決定的テストが可能になるだろう。
• 相対論的モデルが将来のテストに耐えられれば、宇宙の膨張歴を理解するという主要な研究分野は閉じられることになるが、宇宙論研究全体としては終わらない。