[論文レビュー] On "Observational Constraints on Power-Law Cosmologies"

Meetu Sethi, Annu Batra+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、スケール因子が $ t^\alpha $ のように増加するべきパワー則宇宙論を、宇宙の年齢、高赤方偏移超新星、ビッグバン核合成からの観測的制約を用いて検討する。得られた結果は、現在のデータと整合するには $ \alpha \approx 1 $ の大きな値しか許されず、これは近似的に線形な膨張歴を支持し、バリオンのエントロピー比が $ 8.1 \times 10^{-9} $ のもとでヘリウムの質量分率と最小金属量観測と一致することを示している。

ABSTRACT

"Power Law Cosmologies" are defined by their growth of the cosmological scale factor as $ t^α$ regardless of the matter content or cosmological epoch. Constraints from the current age of the Universe and from the high redshift supernovae data require ``large'' $α$ ($\approx 1$). We reinforce this by latest available observations. Such a large $α$ is also consistent with the right amount of helium and the lowest observed metallicity in the universe for a model with the baryon entropy ratio $\approx 8.1 imes 10^{-9}$.

研究の動機と目的

• 観測データに基づいてパワー則宇宙論（$ a(t) \propto t^\alpha $ で定義される）の妥当性を評価すること。
• 観測された宇宙の年齢と整合する $ \alpha $ の範囲を特定すること。
• 大きな $ \alpha \approx 1 $ の値が、観測されたヘリウム4質量分率と宇宙における最小金属量を再現できるかどうかを検証すること。
• 最新の超新星および宇宙の年齢に関する観測データを用いて、従来の結論を強化すること。
• パワー則モデルがビッグバン核合成の制約、特にバリオンエントロピー比とどのように整合するかを評価すること。

提案手法

• 物質の内容や宇宙論的時代に依存しない形で、スケール因子の時間的変化を $ a(t) = t^\alpha $ とモデル化すること。
• 観測された宇宙の年齢に基づいて $ \alpha $ を制約し、それが大きな値でなければならないことを要求すること。
• 高赤方偏移Ia型超新星のデータを用いて、膨張歴の制約を出し、それによって $ \alpha $ を制約すること。
• パワー則モデルにおけるビッグバン核合成から予測されるヘリウム4質量分率を評価すること。
• パワー則フレームワーク下での核合成生成物を用いて、宇宙における観測された最小金属量と一致させること。
• ヘリウムと金属量との整合性を検証するため、バリオンエントロピー比を $ 8.1 \times 10^{-9} $ に固定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された宇宙の年齢と整合するパワー則モデル $ a(t) \propto t^\alpha $ の $ \alpha $ の値は何か？
• RQ2 高赤方偏移超新星のデータは、パワー則宇宙論における膨張歴をどのように制約するか？
• RQ3 $ \alpha \approx 1 $ のパワー則宇宙論は、観測された原始的ヘリウム4質量分率を再現できるか？
• RQ4 固定されたバリオンエントロピー比のもとで、観測された宇宙における最小金属量は、パワー則モデルの予測と整合するか？
• RQ5 パワー則宇宙論において、ヘリウム質量分率と観測された最小金属量の両方と一致させるために必要なバリオンエントロピー比は何か？

主な発見

• 宇宙の年齢と高赤方偏移超新星の観測制約を満たすためには、$ \alpha \approx 1 $ の大きな値が必要である。
• $ \alpha \approx 1 $ のパワー則モデルは、約0.24の観測された原始的ヘリウム4質量分率と整合する。
• バリオンエントロピー比を $ 8.1 \times 10^{-9} $ に設定した場合、モデルは宇宙における最小金属量を再現する。
• 定数のバリオンエントロピー比を仮定した場合、モデルは核合成の制約と強く整合する。
• 結果として、パワー則宇宙論が $ \alpha \approx 1 $ の場合、現在の観測限界内で妥当であることが、従来の結論を強化する。
• 分析により、$ \alpha \approx 1 $ のとき、年齢、超新星、ビッグバン核合成の制約を同時に満たすことが確認された。