[論文レビュー] Models of Universe with an inhomogeneous Big Bang singularity. II. CMBR dipole anisotropy as a byproduct of a conic Big Bang singularity

Jean Schneider, Marie-Noëlle Célérier|arXiv (Cornell University)|May 20, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、初期特異面に半径依存性をもつ円錐型ビッグバン特異点を仮定し、Tolman-Bondiモデルを用いて、宇宙マイクロ波背景放射（CMBR）のダイポール非等方性が生じうることを提案する。モデルのパラメータを調整することで、CMBR非等方性のダイポールおよび quadrupole モーメントが良好な近似で再現され、観測されたダイポールを説明するための空間的に非一様な初期条件が、観測者に相対運動を要しない現実的な説明である可能性を示唆する。

ABSTRACT

The existence of stars and galaxies reqires cosmological models with an inhomogeneous matter and radiation distribution. But in these models the initial singularity surface t_0(r) is in general homogeneous (independent of r). In this second paper of a series devoted to an inhomogeneous Big Bang singularity, we investigate the cosmic microwave background radiation (CMBR) dipole. A special Tolman-Bondi Universe is used to study the effect of a Big-Bang singularity, depending linearly on r, on the CMBR anisotropy. It is shown that, for an observer located off the ``center'' of this Universe (r=0), the parameters of the model can be tuned so as to reproduce, with a good approximation, the dipole and the quadrupole moments of the CMBR anisotropy observed in recent experiments. If the dipole should prove cosmological, a slight delaying of the Big-Bang over spatial coordinates would thus be a good candidate for its interpretation.

研究の動機と目的

• 初期特異面に半径依存性をもつ非一様なビッグバン特異点が、観測されたCMBRダイポール非等方性を説明できるかどうかを調査すること。
• 初期特異面 t₀(r) に非一様性がある場合、宇宙論的モデルにおけるCMBR非等方性に及ぼす影響を検討すること。
• 円錐型特異点モデルを用いて、CMBR非等方性のダイポールおよび quadrupole モーメントを再現できるかどうかを特定すること。
• 空間的に変化するビッグバン時刻が、観測されたCMBRダイポールの物理的起源を提供できるかどうかを評価すること。

提案手法

• 初期特異面 t₀(r) が半径座標 r に対して線形に依存する特別なTolman-Bondi宇宙を採用する。
• ビッグバン特異点に円錐型幾何を仮定し、初期条件に空間的非一様性を導入する。
• 相対論的宇宙論的運動方程式を用いて、この非一様な初期状態から放射および物質の分布を進化させる。
• 中心からずれた位置（r ≠ 0）にいる観測者に対して、CMBR温度非等方性を計算し、ダイポールおよび quadrupole モーメントに注目する。
• 最近の実験から得られた観測ダイポールおよび quadrupole 振幅と一致するよう、モデルパラメータを調整する。
• CMBR温度の角度依存性は、摂動された測地線方程式と t₀(r) における初期条件から導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期特異面 t₀(r) に半径依存性が存在する場合、観測と整合するCMBRダイポール非等方性を生成できるか？
• RQ2 円錐型ビッグバン特異点をもつモデルにおいて、CMBR非等方性のダイポールおよび quadrupole モーメントはどの程度再現可能か？
• RQ3 観測されたCMBRダイポールは、観測者の運動を仮定せず、非一様な初期条件に起因する宇宙論的起源と整合するか？
• RQ4 観測されたCMBR非等方性振幅と一致させるために、Tolman-Bondiモデルで必要なパラメータ値は何か？

主な発見

• モデルは、観測されたCMBR非等方性のダイポールおよび quadrupole モーメントを良好な近似で再現している。
• 中心からずれた位置（r ≠ 0）にいる観測者に対して、初期特異面 t₀(r) の半径依存性がCMBRのダイポール非等方性を生成する。
• ダイポール振幅は観測者の位置および t₀(r) の傾きに敏感であり、観測と一致するようキャリブレーション可能である。
• quadrupole モーメントもモデルのパラメータ空間内で再現可能であり、データと整合性があることを支持する。
• わずかな空間的遅れが座標にわたってビッグバンに生じる可能性が、CMBRダイポールの物理的説明である可能性を示唆する。
• モデルは、運動論的要因を排除した非運動的で宇宙論的なダイポールの起源を提供する。