[論文レビュー] Is the Hubble crisis connected with the extinction of dinosaurs?

Leandros Perivolaropoulos|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、6600万年前に有効重力定数 $G_{\rm eff}$ が10%増加していたと仮定することで、ハッブル定数の不一致と白亜紀＝T境界の絶滅を同時に説明できる可能性を提案する。モンテカルロシミュレーションの結果、そのような遷移により、オールト雲からの長周期彗星の衝突確率が300%以上に上昇し、観測されたクレーター形成レートとチクシルーブ衝突天体の事象と整合的であることが示された。

ABSTRACT

It has recently been suggested that a gravitational transition of the effective Newton's constant $G_{ m eff}$ by about 10%, taking place 50-150 Myrs ago, can lead to the resolution of both the Hubble crisis and the growth tension of the standard $Λ$CDM model. Hints for such an abrupt transition with weaker gravity at times before the transition, have recently been identified in Tully Fisher galactic mass-velocity data and also in Cepheid SnIa calibrator data. Here we use Monte-Carlo simulations to show that such a transition could significantly increase (by a factor of 3 or more) the number of long period comets (LPCs) impacting the solar system from the Oort cloud (semi-major axis of orbits $\gtrsim 10^4AU$). This increase is consistent with observational evidence from the terrestrial and lunar cratering rates indicating that the impact flux of kilometer sized objects increased by at least a factor of 2 over that last 100 Myrs compared to the long term average. This increase may also be connected with the Chicxulub impactor event that produced the Cretaceous-Tertiary (K-T) extinction of 75% of life on Earth (including dinosaurs) about 66 Myrs ago. We use Monte-Carlo simulations to show that for isotropic Oort cloud comet distribution with initially circular orbits, random velocity perturbations (induced eg by passing stars and/or galactic tidal effects), lead to a deformation of the orbits that increases significantly when $G_{ m eff}$ increases. A 10% increase of $G_{ m eff}$ leads to an increase in the probability of the comets to enter the loss cone and reach the planetary region (pericenter of less than 10AU) by a factor that ranges from 5% (for velocity perturbation much smaller than the comet initial velocity) to more than 300% (for total velocity perturbations comparable with the initial comet velocity).

研究の動機と目的

• 有効重力定数 $G_{\rm eff}$ の遅い重力的遷移が、ハッブル定数の不一致と白亜紀＝T境界の絶滅の両方を説明できるかどうかを調査すること。
• 10%の $G_{\rm eff}$ 増加が、オールト雲からの長周期彗星の運動に与える影響を評価すること。
• 過去1億年間における地球および月の観測されたクレーター形成レートと整合性があるかどうかを検証すること。
• 宇宙論的不一致（ハッブル不一致および成長不一致）と天体衝突事象との関連を探索すること。
• varying $G_{\rm eff}$ の下での彗星軌道進化のモンテカルロシミュレーションを用いて、仮説を評価すること。

提案手法

• 初期に円軌道をとるオールト雲の彗星に対して、等方的でランダムな速度摂動を加えたモンテカルロシミュレーションを実施する。
• 重力的遷移を、50〜150 Myr前における $G_{\rm eff}$ の急激な10%増加としてモデル化し、軌道進化およびロスコーンへの到達に影響を与える。
• ロスコーン基準を用いる：近日点距離 < 10 AU が、衝突に関連する彗星軌道を定義する。
• $G_{\rm eff}$ の遷移によって、惑星領域への彗星進入確率がどの程度増加するかを計算する。
• シミュレートされた衝突レートを、地球および月の観測クレーターデータと比較する。
• Tully-Fisher法およびCepheid-SnIaデータから得られる、遅い $G_{\rm eff}$ 遷移の兆候と既存の知見を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 66 Myr前に $G_{\rm eff}$ が10%増加していたと仮定すると、地球および月における長周期彗星衝突の観測された増加を説明できるか？
• RQ2 一時的な $G_{\rm eff}$ の上昇が、オールト雲の彗星が惑星領域に到達する確率をどの程度高めるか？
• RQ3 過去1億年間におけるキロメーター級の衝突フラックスが2〜3倍に増加しているという観測は、そのような重力的遷移と整合的か？
• RQ4 同じ $G_{\rm eff}$ 遷移が、$\Lambda$CDMモデルにおけるハッブル不一致と成長不一致の両方を同時に解消できるか？
• RQ5 そのような遷移の地球物理学的および天体物理学的痕跡は何か？そして、古気象記録や恒星データによって制約可能か？

主な発見

• 10%の $G_{\rm eff}$ 増加により、長周期彗星が惑星領域に進入する確率は、速度摂動の大きさに応じて5%から300%以上に上昇する（近日点 < 10 AU）。
• シミュレーションによる彗星衝突フラックスの増加は、長期平均に比べて過去1億年間で2〜3倍に上昇した観測されたクレーター形成レートと整合的である。
• $G_{\rm eff}$ 遷移のタイミング（50〜150 Myr前）は、66 Myr前に起きたチクシルーブ衝突天体の事象と重複しており、白亜紀＝T境界の絶滅を引き起こした。
• 同様の $G_{\rm eff}$ 遷移は、既にSnIaの明るさと物質成長率を変化させることで、$\Lambda$CDMモデルにおけるハッブル不一致と成長不一致の両方を解消できることが示されている。
• パンセオン+データセットにおいて、特に遠方銀河と近方銀河におけるCepheidの周期-明るさパラメータに、その遷移の兆候が見られる。
• 太陽の放射出力と惑星温度の変化に伴い、その遷移は地球の古気象記録に検出可能な痕跡を残す可能性があり、そのスケーリングは $\mathcal{L} \sim G_{\rm eff}^7$ に比例する。