[論文レビュー] Negative Cosmological Constant is Consistent with Cosmological Data

Koushik Dutta, Ruchika Ruchika+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、高赤方偏移でのPlanckのLCDM結果と整合することを仮定し、低赤方偏移の宇宙論的データからモデルに依存しない方法でハッブルパラメータ H(z) を再構築する。その結果、ダークエネルギー密度が負の値をとる最小値に達することが判明し（h_{DE}^{min} < 0）、負の一般相対性理論定数に加えて、ファントム遷移を示すダークエネルギー成分が存在することを示唆する。これは、H₀の矛盾および他の低赤方偏移と高赤方偏移の間の矛盾を解消する可能性を秘めている。

ABSTRACT

Assuming that the Universe at higher redshifts (z \sim 4 and beyond) is consistent with LCDM model as constrained by the Planck measurements, we reanalyze the low redshift cosmological data to reconstruct the Hubble parameter as a function of redshift in a model independent way. This enables us to address the H_0 and other tensions between low z observations and high z Planck measurement from CMB. From H(z), we reconstruct the energy density for the `dark energy' sector of the Universe as a function of redshift and find that the dark energy density has a minimum for certain redshift range and that this ho_{DE}^{min} is negative. This behavior can most simply be described by a negative cosmological constant plus a dark energy sector which has a phantom crossing. We discuss possible theoretical and observational implications of such a scenario.

研究の動機と目的

• 低赤方偏移の観測と高赤方偏移のPlanck CMB測定値との間のH₀の矛盾を解消すること。
• 現在の宇宙論的データと整合するかどうかを検証するため、負の一般相対性理論定数が可能かどうかを検討すること。
• 特定のモデルを仮定せずに、赤方偏移の関数としてのダークエネルギー密度を再構築すること。
• 負のダークエネルギー密度の最小値が宇宙論的矛盾に与える影響を調査すること。

提案手法

• 低赤方偏移の宇宙論的データから、モデルに依存しない非パラメトリックなアプローチを用いてハッブルパラメータ H(z) を再構築する。
• z ≈ 4以降の高赤方偏移において、Planckの高赤方偏移LCDM制約と整合することを仮定する。
• 再構築された H(z) を用いて、赤方偏移の関数としてのダークエネルギー領域のエネルギー密度を導出する。
• ダークエネルギー密度の挙動を分析し、最小値が存在するか、それが負の値をとるかを特定する。
• ダークエネルギー領域を、負の一般相対性理論定数とファントム遷移を示す成分の組み合わせとしてモデル化する。
• 再構築されたダークエネルギープロファイルの妥当性を検証するため、観測データとの整合性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負の一般相対性理論定数は、現在の低赤方偏移および高赤方偏移の宇宙論的データと整合する可能性があるか？
• RQ2 再構築されたダークエネルギー密度は、特定の赤方偏移で負の値をとる最小値を示すか？
• RQ3 負のダークエネルギー密度の最小値は、低赤方偏移の観測とPlanck CMB測定値との間のH₀の矛盾を解消できるか？
• RQ4 この状況下でのファントム遷移を示すダークエネルギー成分の理論的および観測的意味は何か？
• RQ5 モデルに依存しないH(z)の再構築は、ダークエネルギーの進化に関する我々の理解にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 再構築されたダークエネルギー密度は、負の値をとる最小値に達し、h_{DE}^{min} < 0 と表される。これは、負の一般相対性理論定数の寄与を示唆する。
• ダークエネルギー領域はファントム遷移を示しており、時間的に変化する状態方程式が w = -1 を通過することを意味する。
• 低赤方偏移データからのモデルに依存しないH(z)の再構築は、z ≈ 4における高赤方偏移のPlanck制約と整合性を示す。
• ダークエネルギー密度の負の最小値は、局所的測定とPlanck CMBデータとの間のH₀の矛盾を解消する可能性を提供する。
• この状況は、負の一般相対性理論定数と、ファントム境界を通過する動的変化を示すダークエネルギー成分の組み合わせによって、最も単純に記述できる。
• 研究結果は、現在の宇宙論的データが負の一般相対性理論定数を排除していないことを示唆し、標準的な正のΛの仮定に挑戦する。