[論文レビュー] Searching for modified gravity with baryon oscillations: from SDSS to WFMOS

Kazuhiro Yamamoto, Bruce A. Bassett+3 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、銀河パワースペクトルにおけるバリオン音響揺動（BAO）が、宇宙の加速を説明する修正重力と宇宙定数の区別に使えるかどうかを調査している。n=2がDGPモデルに、n→∞がΛCDMに一致するパラメータ化されたモデルを用い、修正重力がBAOピーク位置をずらすことを発見。現在のSDSSデータでは、Ω_m > 0.3の場合を除き、元来のDGPモデルは不適切であると示唆される。今後の調査、例えばWFMOSは、制約を著しく厳しくする見込みである。

ABSTRACT

We discuss how the baryon acoustic oscillation (BAO) signatures in galaxy power spectrum can distinguish the two different models to explain the cosmic acceleration, the modified gravity and the cosmological constant. For this purpose, we consider a model characterized by a parameter n, which corresponds to the Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) model if n=2 and reduces to a spatially-flat cosmological model with a cosmological constant for n=\\infty. We find that the different expansion history of the modified gravity model systematically shift the peak positions of BAO. A preliminary analysis using the current SDSS LRG sample indicates that the original DGP model is disfavored unless the matter density parameter exceeds 0.3. The constraints will be strongly tightened with future spectroscopic samples of galaxies at high redshifts. WFMOS, in collaboration with other surveys such as Planck, will powerfully constrain modified gravity alternatives to dark energy as the explanation of cosmic acceleration.

研究の動機と目的

• 銀河パワースペクトルにおけるバリオン音響揺動（BAO）が、宇宙の加速を引き起こす修正重力と宇宙定数の間で区別可能かどうかを明らかにすること。
• Dvali-Gabadadze-Porrati（DGP）モデルが、ダークエネルギーの代替としてBAOシグネチャを用いてどの程度妥当性を持つのかを評価すること。
• 今後の高赤方偏移スペクトロスコピック調査（例：WFMOS）が、修正重力モデルの制約をどの程度改善するかを評価すること。
• パラメータnの変化が、膨張歴およびパワースペクトルにおけるBAOピーク位置に与える影響を分析すること。

提案手法

• nをパrameterとするパラメータ化されたモデル族を用いて、宇宙の膨張歴をモデル化する。ここでn=2はDGPモデルに、n→∞は空間的に平坦なΛCDMモデルに一致する。
• 銀河パワースペクトルを計算し、このモデル枠組み内でバリオン音響揺動（BAO）ピークの位置を特定する。
• 修正重力（n=2）における予測されたBAOピークシフトを、標準的な宇宙定数ケース（n→∞）と比較し、区別可能なシグネチャを同定する。
• SDSS LRG（明るい赤銀河）サンプルを用いた予備的分析により、DGPモデルが現在の観測データとどの程度整合するかをテストする。
• 高赤方偏移のスペクトロスコピック銀河サンプルを用いて、WFMOSや他の今後の調査（例：Planck）の将来の制約を予測する。
• 物質密度パラメータ（Ω_m）を、現在のデータ下でのDGPモデルの妥当性を評価するための主要な診断指標として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河パワースペクトルにおけるバリオン音響揺動は、宇宙の加速を説明する修正重力と宇宙定数の間を区別できるか？
• RQ2 DGPモデル（n=2）と標準的なΛCDMモデル（n→∞）との間で、BAOピーク位置はどのように異なるか？
• RQ3 現在のSDSS LRGサンプルは、物質密度パラメータΩ_mに関して、DGPモデルにどのような制約を課すか？
• RQ4 今後の高赤方偏移スペクトロスコピック調査（例：WFMOS）は、修正重力モデルの制約をどの程度改善できるか？
• RQ5 現在のBAOデータを踏まえて、元来のDGPモデルがどの条件下で妥当性を保つのか？

主な発見

• 修正重力モデル（DGP、n=2）は、標準的なΛCDMモデルと比較して、銀河パワースペクトルにおけるバリオン音響揺動（BAO）ピーク位置を体系的にずらす。
• 現在のSDSS LRGデータでは、物質密度パラメータΩ_mが0.3を上回る限り、元来のDGPモデルは不適切でないとされる。
• BAOシグネチャは、ピーク位置の違いにより、修正重力と宇宙定数の間を明確に区別する強力な観測的テストを提供する。
• 今後のスペクトロスコピック調査（例：WFMOS）は、特にPlanckデータと組み合わせることで、修正重力モデルの制約を著しく厳しくする見込みである。
• モデル枠組みにおけるパラメータnは、DGPモデルとΛCDMの間を滑らかに補間可能であり、膨張歴の連続的比較を可能にする。
• 分析は、高赤方偏移銀河サンプルが、宇宙加速を説明する競合するモデルを区別する上で極めて重要であることを示している。