[論文レビュー] Observational constraints on Modified Chaplygin Gas from Large Scale Structure

Bikash Chandra Paul, P. Thakur+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2014

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、大規模構造の成長データに加え、背景的宇宙論的観測と併せて修正チャプリン・ガス（MCG）モデルを制約する。正のBパラメータと非ゼロのαを持つMCGは、SNIa、BAO、CMB、Wiggle-Z、Ly-αデータと整合する安定で加速的宇宙を提供し、不安定なGCGモデルを上回る性能を示す。

ABSTRACT

We study cosmological models with modified Chaplygin gas (in short, MCG) to determine observational constraints on its EoS parameters. The observational data of the background and the growth tests are employed. The background test data namely, H(z)-z data, CMB shift parameter, Baryonic acoustic oscillations (BAO) peak parameter, SN Ia data are considered to study the dynamical aspects of the universe. The growth test data we employ here consists of the linear growth function for the large scale structures of the universe, models are explored assuming MCG as a candidate for dark energy. Considering the observational growth data for a given range of redshift from the Wiggle-Z measurements and rms mass fluctuations from Ly-$α$ measurements, cosmological models are analyzed numerically to determine constraints on the MCG parameters. In this case, the Wang-Steinhardt ansatz for the growth index $γ$ and growth function $f$ (defined as $f=Ω_{m}^γ (a)$) are also taken into account for the numerical analysis. The best-fit values of the equation of state parameters obtained here are used to study the variation of the growth function ($f$), growth index ($γ$), equation of state parameter ($ω$), squared sound speed $c^2_{s}$ and deceleration parameter with redshift. The observational constraints on the MCG parameters obtained here are then compared with those of the GCG model for viable cosmology. It is noted that MCG models satisfactorily accommodate an accelerating phase followed by a matter dominated phase of the universe. The permitted range of values of the EoS parameters and the associated parameters ($f$, $γ$, $ω$, $Ω$, $c^2_{s}$, $q$) are compared with those obtained earlier using other observations.

研究の動機と目的

• 観測的大規模構造データを用いて、修正チャプリン・ガス（MCG）モデルが統一的ダークエネルギーおよびダークマター候補として妥当であるかを検証すること。
• 背景的および成長データを統合して、MCGの状態方程式パラメータ（A, B, α）を制約し、以前のモデルを改善すること。
• 二乗音速とパワー スペクトルを通じてMCGモデルの安定性を評価し、不安定な一般化チャプリン・ガス（GCG）モデルと比較すること。
• 観測的成長関数とWang-Steinhardtのアンザッツを用いて、赤方偏移にわたる主要な宇宙論的パラメータ—f、γ、ω、c²s、q—の進化を評価すること。
• MCGが、背景的膨張データ（H(z)、SN Ia、BAO、CMB）と構造形成データ（Wiggle-Z、Ly-α）を同時に満たすことができるかを特定すること。

提案手法

• 背景宇宙論の制約に、H(z)-z データ、CMBシフトパラメータ、BAOピークパラメータ、SN Ia データを用いる。
• 線形成長関数 f = d(log δ)/d(log a) と成長指数 γ を、Wang-Steinhardtアンザッツを介して用いて大規模構造の成長をモデル化する。
• Wiggle-Zの赤方偏移依存的成長データと、rms質量フラクチュエーションのLy-α測定値を用いて、MCGパラメータを制約する。
• 数値解析を実施し、A、B、α、ω の最適適合値を、68%、95%、99.7%信頼水準で導出する。
• モデルの安定性を評価するための二乗音速 c²s を評価し、観測データと比較してMCGのパワー スペクトルを検証する。
• 異なるα値に対して、MCG予測をWMAP 3年間CMBパワー スペクトル（特に l(l+1)Cl/2π 多重極スペクトル）と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 修正チャプリン・ガスモデルは、背景的宇宙論的観測（H(z)、SN Ia、BAO、CMB）と大規模構造の成長データを同時に満たすことができるか？
• RQ2 成長データを解析に組み込むと、MCGパラメータA、B、αにどのような観測的制約が得られるか？
• RQ3 MCGモデルは、CMBおよび物質パワー スペクトルの観点から、一般化チャプリン・ガス（GCG）モデルと比較して安定性と一致性に優れているか？
• RQ4 MCGモデルは、正の二乗音速と非振動的パワー スペクトルを持つ、妥当な加速的段階を許容するか？
• RQ5 MCGフレームワークにおいて、成長関数f、成長指数γ、状態方程式ω、減速パラメータqは赤方偏移にわたってどのように変化するか？

主な発見

• MCGの状態方程式パラメータの最適適合値は ω = -0.84 であり、加速的宇宙の許容範囲（-1 ≤ ω ≤ -0.8）内に位置する。
• すべての信頼水準でパラメータαは正の値に制約され、最適適合値は α ≈ 0.2 であり、これはWMAP CMBパワー スペクトルと最も一致する。
• B > 0 および α > 0 の下で、二乗音速 c²s は正であり安定しており、GCGモデルで見られる振動的不安定性を回避する。
• MCGモデルは、非ゼロのαに対しても不自然な振動を伴わない物質パワー スペクトルを生成するが、GCGモデルはα → 0 でなければ強い振動を示す。
• α ≈ 0.2 の場合、MCGのCMBパワー スペクトルは3年間のWMAPデータとよく一致し、ピークの振幅と位置の両方で妥当性を裏付ける。
• 99.7%信頼水準でB ≈ -0.01、Aとαが小さい場合、c²s ≈ 10⁻⁷ となり、線形スケールにおける断熱的超軽量ダークマターのクラスタリングと整合する。