[論文レビュー] N-body simulations of coupled dark energy cosmologies

Marco Baldi, V. Pettorino+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、物質へのスカラー場の結合が大規模構造形成に与える影響を調査するため、結合したダークエネルギー宇宙論のN体シミュレーションを提示する。重力の修正とスカラー場の相互作用の下でのダークマターとバリオンの力学をモデル化することで、特に高結合領域において、標準的なΛCDMとは顕著な偏差を示すパワー スペクトルおよびハローの性質が得られた。

ABSTRACT

The last decade has seen an astonishing amount of new cosmological data from many different experiments, ranging from largescale

研究の動機と目的

• 物質へのスカラー場の結合が大規模構造形成に与える影響を調査すること。
• 結合したダークエネルギー宇宙論におけるダークマターとバリオンの非線形的進化をモデル化すること。
• パワー スペクトル、ハロー質量関数、クラスタリング統計量におけるΛCDMからの偏差を定量化すること。
• 局所的重力テストの制約を満たす前提で、結合したダークエネルギーモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• 物質へのスカラー場結合を含めるために、修正された重力ソルバーを用いた大規模N体シミュレーションを実行する。
• 物質とダークエネルギーのスカラー場との間の相互作用を記述するための現象論的結合関数を用いる。
• 非線形構造形成を捉えるために、高精度の粒子解像度を有する宇宙論的体積をシミュレートする。
• ΛCDMとの比較のため、パワー スペクトル、ハロー質量関数、二点相関関数を計算する。
• 観測効果を再現するために、赤方偏移空間歪みとハロー占有分布モデルを適用する。
• シミュレーション出力と線形理論の予測、観測データを比較し、整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー場の結合は、宇宙における構造の非線形的成長にどのように影響を与えるか？
• RQ2 結合したダークエネルギーの観測的シグネチャは、物質パワー スペクトルおよびハロークラスタリングにどのように現れるか？
• RQ3 高結合状態において、ハロー質量関数および濃度はΛCDMからどの程度ずれるか？
• RQ4 局所的重力テストの制約に反しない範囲で、モデルは大規模構造の観測を再現できるか？
• RQ5 結合したダークエネルギーモデルでは、赤方偏移空間のクラスタリングは標準的宇宙論とどのように異なるか？

主な発見

• 高結合モデルでは、大スケールでパワーが増幅され、k ≈ 0.1 h/Mpcで最大15%の偏差を示した。
• スカラー場による有効重力ポテンシャルの増大により、低質量ハローの生成が抑制された。
• 結合モデルでは、ハローの濃度が系統的に低く、内部構造形成の変化が示された。
• 赤方偏移空間クラスタリングでは、スカラー場の影響による速度分散の増大により、『指の如き効果』（finger-of-god）が強まった。
• スカラー場は時間に依存する有効重力定数を引き起こし、構造の成長レートを変化させた。
• 結合強度がf ≲ 0.01未満である限り、弱いレインズニングおよびCMBの制約と整合性を保った。