[論文レビュー] Large scale structure formation in mixed dark matter models with a cosmological constant

R. Valdarnini, Tina Kahniashvili+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 1998

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、宇宙定数（Λ）と、冷たい成分および熱い成分（主に質量を持つニュートリノ）からなる混合した暗黒物質（MDM）を有する平坦な宇宙論的モデルにおける大規模構造の形成を調査する。線形化されたアインシュタイン＝ボルツマン方程式とCOBE正規化されたパワー スペクトルを用いて、Ω_H/Ω_M ≤ 0.2 および Ω_M ≈ 0.45–0.75（h=0.5の場合）のモデルが、線形の大規模構造データとクラスタの数密度と最も一致することを示し、1σ信頼水準で標準的なMDMモデルは除外される。

ABSTRACT

We study linear power spectra and formation of large scale structures in flat cosmological models with $Λ\ge 0$ and cold plus hot dark matter components (MLM). The hot component consists of massive neutrinos with cosmological density $Ω_H$. The linearized Einstein-Boltzmann equations for the evolution of the metric and density perturbations are integrated for a set of values of the cosmological parameters. For all the considered models we assume a scale-invariant primeval spectrum. The density weighted final linear power spectra are normalized to the four year COBE data and have been used to constrain the parameter space by a comparison of linear predictions with the current observational data on large scales. The consistency of MLM predictions with the observable data set is best obtained for models with one specie of massive neutrinos and $Ω_H/Ω_M \le0.2$. For this class of MLM models we obtain constraints from linear data on the present matter density. Consistency with the estimated cluster abundance can be achieved for COBE normalized MLM models with $Ω_H/Ω_M\le0.2$ and $ 0.45 \le Ω_M \le 0.75$ for $h=0.5$. If $h=0.7$ then $ 0.3 \le Ω_M \le 0.5$. These constraints are at $1σ$ level and standard MDM models are clearly ruled out. We note that the range of allowed values for $Ω_M$, that we obtain for MLM models from linear analysis, is also approximately the same range that is needed in order to consistently satisfy a variety of independent observational constraints.

研究の動機と目的

• 宇宙定数（Λ）と質量を持つニュートリノを有する混合暗黒物質（MDM）モデルが、大規模構造観測と整合するかを評価すること。
• COBE 4年間データに正規化された線形パワー スペクトルを用いて、ΛMDM モデルのパrameter空間を制約すること。
• これらのモデルが、線形の大規模構造と観測されたクラスタの数密度の両方の制約を同時に満たすかを評価すること。
• 1σ信頼水準におけるΩ_Mおよびホット暗黒物質割合Ω_H/Ω_Mの許容範囲を特定し、現在の観測データと比較すること。

提案手法

• スケール不変な初期スペクトルを仮定した平坦なΛMDMモデルにおける計量および密度摂動の線形化されたアインシュタイン＝ボルツマン方程式を解く。
• Ω_M、Ω_H/Ω_M、およびハッブル定数hを含む、さまざまな宇宙論的パラメータの範囲について、密度重み付き線形パワー スペクトルを計算する。
• 最終的なパワー スペクトルをCOBE 4年間データに正規化し、観測された宇宙マイクロ波背景非一様性と一致させる。
• 線形予測値を大規模構造データ（例：銀河クラスタリング）と比較して、モデルパラメータを制約する。
• 観測されたクラスタの数密度との整合性を評価し、妥当なパrameter空間をさらに制限する。
• 1σ信頼水準分析を用いて、Ω_Mおよびホット暗黒物質割合Ω_H/Ω_Mの制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΛMDMモデルにおいて、COBE正規化データと整合する線形パワー スペクトルを得るためのΩ_MおよびΩ_H/Ω_Mの範囲は何か？
• RQ2 質量を持つニュートリノを有するΛMDMモデルは、線形の大規模構造観測と観測されたクラスタの数密度の両方と同時に一致できるか？
• RQ3 線形データから得られるΩ_Mの制約は、独立した観測的制約によって求められるものとどのように比較できるか？
• RQ4 ΛMDMおよび観測データからの新しい制約を考慮した場合、標準的なMDMモデルはどの程度まで妥当性を保っているか？
• RQ5 ハッブル定数hの値の変化が、ΛMDMモデルの許容パラメータ空間に与える影響は何か？

主な発見

• 1種類の質量を持つニュートリノを有するモデルで、Ω_H/Ω_M ≤ 0.2 の場合、現在の線形大規模構造データと最も整合する。
• h = 0.5 の場合、1σ信頼水準でΩ_Mの許容範囲は 0.45 ≤ Ω_M ≤ 0.75 であり、クラスタの数密度制約と整合する。
• h = 0.7 の場合、許容範囲は 0.3 ≤ Ω_M ≤ 0.5 に狭まる。
• 線形データとクラスタの数密度の両方の制約を組み合わせた結果、標準的なMDMモデルは明確に除外される。
• 線形解析から得られるΩ_Mの許容範囲は、他の独立した観測的プローブからの制約とよく一致する。
• 結果は、ホット暗黒物質割合が低いΛMDMモデルが、現在の線形大規模構造データによって強く支持されることを示している。