[論文レビュー] Relative Standard of Measurement and Supernova Data

D. Blaschke, Danilo Behnke+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2003

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、宇宙が非膨張的であり、観測された宇宙赤方偏移が計量の拡張ではなく時間に依存する粒子質量に起因する、共形的宇宙論を提唱する。スケール因子 $ a(t) $ を基準とする相対的測定基準を用いて、超新星の等価距離データと原始核合成が、同じく非膨張的で質量のないスカラー場（スカラークィンテッセンス）による剛性のある状態方程式で等しくよく記述されることを示し、ダークエネルギーもしくは宇宙定数の必要性を排除する。

ABSTRACT

We show that in the units of the relative Paris meter both the latest data on the Supernova luminosity-distance -- redshift relation and primordial nucleosynthesis are described by the dynamics of a homogeneous, massless scalar field (Scalar Quintessence) in a nonexpanding universe.

研究の動機と目的

• 計量の拡張を仮定する標準的宇宙論モデルに疑問を呈するため、非膨張的宇宙を特徴とする共形的宇宙論を提唱すること。
• ダークエネルギーを動的スカラー場に置き換えることで、宇宙定数問題を解決すること。
• すべての質量が時間に伴い $ a(t) $ に比例して変化する宇宙において、超新星の距離-赤方偏移関係と原始核合成が整合することを示すこと。
• タイプIa超新星の光曲線に観測される時間遅延を、質量依存の崩壊率に起因するものとして説明すること。

提案手法

• すべての測定可能な長さと質量が宇宙スケール因子に比例する相対的パリメートルを定義する。
• 共形時間 $ \eta $ を用い、$ d\eta = dt/a(t) $ とすることで、非膨張的となるミンコフスキー型線素 $ ds^2/a^2 = d\eta^2 - dx^i dx^i $ を得る。
• 作用 $ S_{\rm SQ} = \int d^4x \sqrt{-g} \, \varphi_0^2 \partial_\mu Q \partial^\mu Q $ を持つ、均一で質量のないスカラー場を導入し、これをスカラークィンテッセンスと呼ぶ。
• タイプIa超新星の距離-赤方偏移関係に適合する剛性のある状態方程式 $ (z+1)^{-1}(\eta) = \sqrt{1 + 2H_0(\eta - \eta_0)} $ を導出する。
• 赤方偏移をドップラー効果や計量の拡張ではなく、時間に依存する粒子質量（プランク質量やWボソン質量を含む）に起因するものとして再解釈する。
• CMBおよび核合成におけるボルツマン因子が質量スケール変換に対して不変であることを示し、観測された核種比や温度の時間的変化が保存されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移のタイプIa超新星の等価距離関係は、計量の拡張や宇宙定数を仮定せずに説明可能か？
• RQ2 時間に依存する粒子質量を有する非膨張的宇宙では、宇宙背景放射の温度の赤方偏移依存性が観測されたものと一致するか？
• RQ3 超新星の光曲線の時間遅延は、質量スケーリングに起因する崩壊率の赤方偏移依存性によって説明可能か？
• RQ4 原始核合成は、粒子質量が $ a(t) $ に従って変化する共形的宇宙論と整合的か？

主な発見

• 42個の高赤方偏移超新星とSN1997ffの距離-赤方偏移データは、剛性のある状態方程式 $ (z+1)^{-1}(\eta) = \sqrt{1 + 2H_0(\eta - \eta_0)} $ を持つ共形的宇宙論によってよく記述される。
• 同じデータは、非膨張宇宙において純粋に運動エネルギーを持つ均一で質量のないスカラー場（スカラークィンテッセンス）によっても同様によく適合される。
• 観測されたCMB温度の赤方偏移不変性は、定常温度としてではなく、質量スケーリング下での不変なボルツマン因子の結果として再現される。
• 超新星の光曲線の時間遅延は、Wボソン質量に比例する逆数に比例する崩壊時間の赤方偏移依存性に起因し、自然に生じる。
• 原始核合成の核種比は、共形変換下で $ m(z)/T(0) $ の比が不変であるため保存され、観測値と一致する。