[論文レビュー] Observational support for approaching cosmic doomsday

Jose Beltrán Jiménez, Ruth Lazkoz+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、未来の特異点を引き起こす幻の性質の暗黒エネルギーまたは修正重力に基づく宇宙論的モデルを調査し、SN Ia、BAO、H(z)データを用いてその特異点の発生時刻を制約する。その結果、宇宙の終焉が今から約28億年以内に始まることはなく、現在の宇宙の年齢の1.2倍よりも著しく早い段階で特異点が発生することは不可能であることが示された。

ABSTRACT

In this work we consider a family of cosmological models featuring future singularities. This type of cosmological evolution is typical of dark energy models with an equation of state violating some of the standard energy conditions (e.g. the null energy condition). Such kind of behavior, widely studied in the literature, may arise in cosmologies with phantom fields, theories of modified gravity or models with interacting dark matter/dark energy. We briefly review the physical consequences of these cosmological evolutions regarding geodesic completeness and the divergence of tidal forces in order to emphasize under which circumstances the singularities in some cosmological quantities correspond to actual singular spacetimes. We then introduce several phenomenological parameterizations of the Hubble expansion rate to model different singularities existing in the literature and use SN Ia, BAO and H(z) data to constrain how far in the future the singularity needs to be (under some reasonable assumptions on the behaviour of the Hubble factor). We show that quite generally, the lower bound for the singularity time can not be smaller than about 1.2 times the age of the universe, what roughly speaking means approximately 2.8 Gyrs from the present time.

研究の動機と目的

• 標準的エネルギー条件を破る状態方程式を有する暗黒エネルギーに起因する未来の特異点を有する宇宙論的モデルを検討すること。
• これらの特異点が、物理的時空特異点（発散する潮汐力を伴うもの）として真正に存在する条件を評価すること。
• ハッブル膨張率の観測データを用いて、こうした特異点の発生時刻を制約すること。
• ハッブルパラメータの振る舞いに関する妥当な仮定の下で、未来の特異点までの時間の下限を特定すること。

提案手法

• 文献に見られるさまざまな種類の未来特異点を表すために、現象論的モデルを用いてハッブル膨張率をパラメータ化すること。
• Ia型超新星（SN Ia）、バリオンアコースティックオシレーション（BAO）、直接的なH(z)測定値の観測データを用いて、モデルパラメータを制約すること。
• 尤度解析を用いて、異なる特異点モデルが現在の宇宙論的データとどの程度整合するかを評価すること。
• 測地線の完全性と潮汐力の発散に注目し、物理的特異点と数学的アーティファクトを区別すること。
• ハッブル要因の進化に関する妥当な仮定の下で、制約の頑健性を評価すること。
• これらのモデルにおけるエネルギー条件（例えば、ヌルエネルギー条件）の破れの意味を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の観測的制約を踏まえると、未来の宇宙的特異点が最も早く発生するのはいつか？
• RQ2 宇宙論的量における特異点が、発散する潮汐力を伴う真の時空特異点に相当するのはどのような条件下か？
• RQ3 ハッブル膨張率の異なるパラメータ化が、未来特異点の推定発生時刻にどのように影響を与えるか？
• RQ4 SN Ia、BAO、H(z)データは、幻の性質の暗黒エネルギー特異点の存在と発生時刻をどの程度制約するか？
• RQ5 ハッブルパラメータの物理的に妥当な仮定の下で、未来特異点までの時間に下限を設定できるか？

主な発見

• 未来の特異点までの時間の下限は、現在から約28億年以内に制限される。
• この下限は、現在の宇宙の年齢のおよそ1.2倍に相当し、特異点が著しく早く発生することは不可能であることを示している。
• 分析の結果、宇宙論的量における特異点が常に物理的時空特異点を意味するわけではないことが判明した。これは、測地線の完全性と潮汐力の振る舞いに依存する。
• SN Ia、BAO、H(z)の観測データは、非常に早い未来の特異点を強く否定している。
• ハッブルパラメータの進化に関する妥当な仮定の下でも結果は頑健であり、下限推定値を強化している。
• 特異点が少なくとも今から28億年後以降に発生する限り、幻の場や修正重力のモデルは依然として妥当なままである。