[論文レビュー] On the birth of the cosmological constant and the reionization era

Miguel A. García-Aspeitia, A. Hernández-Almada+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、再電離時代の過剰放射に起因するユニモジュラー重力理論において、宇宙定数（CC）が発生することを提案しており、その発生は赤方偏移 z = 11.27⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁵ にさかのぼるとする。ハッブルデータとIa型超新星の共同解析により、z = 11.761 ± 0.14 の結果が得られ、理論的予測とよく一致しており、宇宙の加速とエネルギー運動量テンソルの破れとの間に深い関係があることを示唆している。

ABSTRACT

With the goal of studying the cosmological constant (CC) problem, we present an exhaustive analysis of unimodular gravity as a possible candidate to resolve the CC origin and with this, the current Universe acceleration. An excess of radiation in epochs of reionization is the cause of the existence of a CC in the unimodular gravity scenario; tracing its birth at $z=11.27^{+0.05}_{-0.05}$ (Theoretical) which also coincides with epochs of the first complex structures in our Universe. In order to follow its dynamics, we propose to use the Hubble data from cosmic chronometers, Type Ia Supernovae, the brightness temperature and optical depth as a cosmological tests to follow the birth of the CC and constrain its free parameters. A Joint analysis from Hubble data and Supernovae results in a $z=11.761\pm0.14$ which is in good agreement with the theoretical value for the birth of the CC. The consequences of this result, open the possibility to understand the Universe acceleration and its relation with violations to the energy momentum tensor, suggesting the possible existence of a most profound theory of the space-time itself.

研究の動機と目的

• 宇宙定数問題の解決策としてユニモジュラー重力理論を検討すること。
• 初期宇宙における放射過剰の文脈において、宇宙定数の起源と発生赤方偏移を特定すること。
• 宇宙時計およびIa型超新星からの観測データを用いて、宇宙定数の自由パラメータを制約すること。
• 宇宙の加速とエネルギー運動量テンソルの破れとの関係を探索すること。

提案手法

• 再電離期における放射過剰から宇宙定数の出現をモデル化するため、ユニモジュラー重力形式を用いる。
• 赤方偏移に依存する放射エネルギー密度を用いて、宇宙定数の発生を z = 11.27⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁵ で追跡する。
• 宇宙時計からのハッブルパラメータのデータを用いて、CCのダイナミクスを宇宙論的テストに応用する。
• Ia型超新星の距離輝度データを統合し、CCの発生赤方偏移を制約する。
• 追加の観測的診断として、輝度温度および光学的厚さの測定値を組み込む。
• ハッブルデータと超新星データの共同尤度解析を実施し、CC発生赤方偏移の推定値を精緻化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユニモジュラー重力理論において、過剰放射に起因する宇宙定数はどの赤方偏移で発生するか？
• RQ2 ハッブルデータとIa型超新星の観測は、宇宙定数の発生赤方偏移をどの程度正確に制約できるか？
• RQ3 理論的に予測されたCCの発生赤方偏移と観測データの整合性はどの程度か？
• RQ4 宇宙定数の出現は、最初の複雑な構造の形成とどの程度関連しているか？
• RQ5 ユニモジュラー重力理論の枠組み内で、エネルギー運動量テンソルの破れが宇宙の加速を説明できるか？

主な発見

• ユニモジュラー重力理論において、再電離期の過剰放射に起因して、宇宙定数は赤方偏移 z = 11.27⁺⁰.⁰⁵₋₀.⁰⁵ で発生すると提案される。
• ハッブルデータとIa型超新星の共同解析により、CCの発生赤方偏移は z = 11.761 ± 0.14 と得られ、理論的予測とよく一致している。
• 宇宙定数の発生は、宇宙における最初の複雑な構造形成の時代と一致している。
• 理論的予測と観測的赤方偏移推定値の整合性は、ユニモジュラー重力理論がCC問題を解決する上で妥当であることを支持している。
• 結果から、宇宙の加速とエネルギー運動量テンソルの破れとの間には根本的な関係があることが示唆され、時空のより深い理論の兆候を示唆している。