[論文レビュー] Spherical Collapse Model And Dark Energy(I)

Ding-fang Zeng, Yi-hong Gao|arXiv (Cornell University)|May 9, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、平坦なQCDMおよびファントム-CDM宇宙論において、ダークエネルギーが物質と同時にクラスタリングすると仮定することで、銀河団外のダークエネルギーの流れを排除し、球対称崩壊モデルを再評価する。その結果、ダークエネルギーの状態方程式パラメータ $ w $ が銀河団の数密度およびその赤方偏移依存性に指数関数的に影響することが判明し、銀河団の豊度測定が $ w $ を制約する可能性を示唆するが、$ \sigma_8 $ とのデゲネラシーにより、追加の事前分布がなければ精度が制限される。

ABSTRACT

In existing literatures about the top-hat spherical collapse model of galaxy clusters formation in cosmology containing dark energies, dark energies are usually assumed not to cluster on this scale. But all these literatures ignored the current describing the flowing of dark energies outside the clusters which should exist under this assumption, so the conclusions of these literatures are worth further explorations. In this paper we study this model in QCDM or Phantom-CDM cosmologies(flat) by assuming that dark energies will cluster synchronously with ordinary matters on the scale of galaxy clusters so the dark energy current flowing outside the clusters does not exist at all and find that in this case, the key parameters of the model exhibit rather non-trivial and remarkable dependence on the equation of state coefficients of dark energies. We then apply the results in Press-Scheter theory and calculate the number density of galaxy clusters and its evolutions. We find that this two quantities are both affected exponentially by the equation of state coefficients of dark energies. We leave the study of this model with the assumption that dark energies do not cluster on the scale of galaxy clusters at all as the topic of another paper where similar conclusions will be obtained also.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーがクラスタリングしないと仮定する従来の球対称崩壊モデルが、エネルギー運動量テンソルに生じるダークエネルギーの流れを無視しているという矛盾を解消するため。
• 銀河団スケールにおいてダークエネルギーが物質と同時にクラスタリングすると仮定した場合の宇宙論的意味を調査し、その結果としてこのような流れが消失することを明らかにするため。
• この仮定のもとで、ダークエネルギーの状態方程式パラメータ $ w $ が銀河団の数密度およびその赤方偏移依存性に与える影響を評価するため。
• 他のパラメータとのデゲネラシーがあるものの、観測された銀河団の豊度を用いて $ w $ を制約する可能性を評価するため。

提案手法

• 平坦なQCDMおよびファントム-CDM宇宙論において、ダークエネルギーが物質と同時にクラスタリングすると仮定し、エネルギー運動量テンソルからダークエネルギーの流れを排除する球対称崩壊モデルを構築する。
• この仮定のもとでアインシュタイン方程式を解き、$ w $ に非自明に依存する臨界密度対比 $ \delta_c $ および成長関数 $ D_1(a) $ を導出する。
• 得られたモデルパラメータをプレス＝シェクター形式に適用し、質量、温度、赤方偏移の関数として銀河団の数密度を計算する。
• 導出された式を用いて、温度依存の数密度関数とその赤方偏移依存性を計算し、$ w $ への依存性を分析する。
• 事前分布 $ \sigma_8 $, $ h $, $ n_s $, および $ \mu/\beta $ を用いて信頼度分析を行い、$ w $ および $ \Omega_{m0} $ の制約を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークエネルギーが物質と同時にクラスタリングすると仮定することで、球対称崩壊モデルの主要パラメータにどのような影響が生じるか？
• RQ2 この仮定のもとで、銀河団の数密度がダークエネルギーの状態方程式パラメータ $ w $ に対してどのように関数的に依存するか？
• RQ3 マスな銀河団の豊度の赤方偏移依存性は、$ w $ にどのように依存するか？
• RQ4 観測による銀河団の豊度測定が $ w $ を制約可能か。その限界は他のパラメータとのデゲネラシーに起因するか？

主な発見

• 銀河団の数密度およびその赤方偏移依存性は、ダークエネルギーの状態方程式パラメータ $ w $ に対して指数関数的に敏感である。
• $ w \to 0 $ に近づくと、数密度関数は増加する。一方、$ w \to -\infty $ に近づくと著しく減少する。
• $ w < -1 $ の場合、マスなクラスタの数密度は見かけの時間の逆方向（スケール因子が小さい方向）に減少する。$ w > -1 $ の場合、増加する。
• 事前分布 $ \sigma_8 = 0.5 $, $ h = 0.71 $, $ n_s = 1.0 $, および $ \mu/\beta = 0.75 $ を用いた99%信頼区間の制約では、$ w = -1.08 \pm 0.09 $ が得られる。
• このモデルは通常の $ \sigma_8 \approx 0.5 $ を予測するが、これはWMAPおよびSDSSの結果と矛盾しており、標準の豊度解析にダークエネルギーの摂動を含める必要があることを示唆する。
• 同期的クラスタリングの仮定はモデルを単純化し、自己整合性を高めるが、実際の物理は同期的クラスタリングとクラスタリングなしの中間にあると考えられ、ダークエネルギーのクラスタリング効果が正確な銀河団豊度モデル化に不可欠であることを示唆する。