[論文レビュー] No Evidence of Time Dilation in Gamma-Ray Burst Data

David F. Crawford|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2009

Scientific Research and Discoveries参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は赤方偏移z=6.6までのガンマ線バースト（GRB）データを分析し、時間遅延の証拠は見いだされず、その仮説は4.4×10⁻⁶の確率で棄却された。T₉₀、τₗₐg、V、τ_RTの4つの時間尺度を組み合わせたτ₄に対して重み付き対数線形回帰を適用した結果、赤方偏移に顕著な依存性が認められず、膨張宇宙における相対論的時間遅延の予測と矛盾するが、静的宇宙論と整合的であることを示している。

ABSTRACT

Gamma-Ray Bursts have been observed out to very high redshifts and provide time measures that are directly related to intrinsic time scales of the burst. Einstein's theory of relativity is quite definite that if the universe is expanding then the observed duration of these measures will increase with redshift. Thus gamma-ray burst measures should show a time dilation proportional to redshift. An analysis of gamma-ray burst data shows that the hypothesis of time dilation is rejected with a probability of 4.4$ imes10^{-6}$ for redshifts out to z=6.6. Traditionally the lack of an apparent time dilation has been explained by an inverse correlation between luminosity and time measures together with strong luminosity selection as a function of redshift. It is shown that the inverse correlation between luminosity and some time measures is confirmed, but using concordance cosmology strong luminosity selection cannot be achieved. It may be possible to explain the apparent lack of time dilation with a combination of gamma-ray burst selection, some luminosity evolution and some time measure evolution. But this requires a remarkable coincidence in order to produce the apparent lack of time dilation. However the data are consistent with a static cosmology in a non-expanding universe.

研究の動機と目的

• 相対性理論が予測するように、膨張宇宙におけるガンマ線バースト（GRB）の時間尺度に相対論的時間遅延が見られるかどうかをテストすること。
• GRBデータにおける時間遅延の欠如が、明るさ選択、明るさの進化、または他の選択効果に起因するかどうかを特定すること。
• 観測されたデータが、非拡張の静的宇宙論と整合的かどうかを評価すること。
• 明るさ選択が時間遅延を逆相関関係によって隠蔽することで、標準的な説明が妥当かどうかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、赤方偏移（1+z）を説明変数として、4つのGRB時間尺度T₉₀、τₗₐg、V（変動性）、τ_RTの対数に対する重み付き線形回帰を用いる。
• τ₄は、各時間尺度の対数の逆分散を重みとして用いた重み付き平均として構築される。
• τ₄と（1+z）の間のべき乗則フィットにおける指数を推定し、時間遅延の有無をテストする。指数が1であれば完全な時間遅延を示す。
• 正規分布の仮定の下で、観測された指数が≥1（Vについては≤-1）である確率を計算し、時間遅延との整合性を評価する。
• 外れ値のバーストは5σ基準で除外され、τ₄を計算するには少なくとも3つの時間尺度が利用可能であることが条件とされる。
• 結果は、共通宇宙論の予測と比較され、静的宇宙論との整合性が評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移の関数として、ガンマ線バーストの時間尺度に統計的に有意な時間遅延の証拠があるか？
• RQ2 観測された時間遅延の欠如が、強力な明るさ選択、明るさの進化、または他の選択効果に起因するか？
• RQ3 選択と進化の効果の組み合わせによって、時間遅延の欠如を説明できるか、あるいは細密な一致を必要としないか？
• RQ4 データは拡張宇宙（時間遅延あり）と静的宇宙論（時間遅延なし）のどちらとより整合的か？

主な発見

• 組み合わせ時間尺度τ₄は赤方偏移に顕著な依存性を示さず、指数は0.03 ± 0.12であり、時間遅延がないことを示している。
• 観測された指数が≥1（時間遅延を示唆）である確率はたったの4.4×10⁻⁶であり、時間遅延仮説は強く棄却された。
• 明るさと時間尺度の間の逆相関関係は確認されたが、共通宇宙論の下では強力な明るさ選択でも時間遅延の欠如を説明できない。
• 明るさの進化だけでも観測データを説明することはできず、時間尺度の進化と一致する偶然的な進化パターンを仮定する必要がある。
• データは完全に静的宇宙論と整合的であり、時間遅延は発生しない。
• τₗₐgなどの個々の尺度ですら、時間遅延と整合的である確率は9%にとどまり、時間遅延の主張はさらに弱体化している。