[論文レビュー] Testing and selecting cosmological models with ultra-compact radio quasars

Xiaolei Li, Shuo Cao+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、空間的平坦性を仮定したもとで、CPL、EDE、GCG、MPCの4つの宇宙論的モデルをテストするために、120個の超小形電波クェーサーを標準定規として新しく採択したサンプルを用いる。クェーサーのデータは、すべてのモデルにおいてBAOよりも統計的にきつい制約を与える。また、MPCとEDEは近い将来にΛCDMから逸脱すると示唆されるが、GCGは高精度のデータが得られない限りΛCDMと区別できない。

ABSTRACT

In this paper, we place constraints on four alternative cosmological models under the assumption of the spatial flatness of the Universe: CPL, EDE, GCG and MPC. A new compilation of 120 compact radio quasars observed by very-long-baseline interferometry, which represents a type of new cosmological standard rulers, are used to test these cosmological models. Our results show that the fits on CPL obtained from the quasar sample are well consistent with those obtained from BAO. For other cosmological models considered, quasars provide constraints in agreement with those derived with other standard probes at $1σ$ confidence level. Moreover, the results obtained from other statistical methods including Figure of Merit, $Om(z)$ and statefinder diagnostics indicate that: (1) Radio quasar standard ruler could provide better statistical constraints than BAO for all cosmological models considered, which suggests its potential to act as a powerful complementary probe to BAO and galaxy clusters. (2) Turning to $Om(z)$ diagnostics, CPL, GCG and EDE models can not be distinguished from each other at the present epoch. (3) In the framework of statefinder diagnostics, MPC and EDE will deviate from $ mΛ$CDM model in the near future, while GCG model cannot be distinguished from $ mΛ$CDM model unless much higher precision observations are available.

研究の動機と目的

• 超小形電波クェーサーが代替宇宙論的モデルをテストするための信頼できる標準定規として機能するかを評価すること。
• クェーサーのデータから得られる宇宙論的モデルの統計的制約が、BAOおよび銀河団のデータから得られるものとどのように比較できるかを検討すること。
• Om(z)およびステートフィンガー診断を用いて、CPL、EDE、GCG、MPCモデルの力学的挙動の違いを特定すること。
• 特に宇宙観測の赤方偏移ギャップを埋める役割を果たす可能性を有する、クェーサーがBAOおよび銀河団の補完的プローブとしての可能性を評価すること。

提案手法

• 赤方偏移が0.46から2.8の間である120個の超小形電波クェーサーの新規に編纂されたサンプルを用いる。
• コンパクトな電波構造の角度サイズを標準定規として用い、その線形サイズに赤方偏移および明るさ依存性が無視できるものと仮定する。
• 宇宙論モデルに依存しないキャリブレーション手法を用いて、標準定規の物理的サイズを11.03 pcとして決定する。
• クェーサーの角度サイズ-赤方偏移データを用いた尤度解析により、CPL、EDE、GCG、MPCの4つのモデルの宇宙論的パラメータを制約する。
• モデルおよびデータセット間の統計的精度を比較するために、性能指標（FoM）を計算する。
• モデルの区別可能性および異なる赤方偏移における力学的進化を評価するために、Om(z)およびステートフィンガー診断を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超小形電波クェーサーは、宇宙論的モデルのテストに信頼できる標準定規として機能できるか？
• RQ2 クェーサーのデータから得られる宇宙論的モデルの制約は、BAOおよび銀河団のデータから得られるものと比べてどのように異なるか？
• RQ3 どの宇宙論的モデルがクェーサーのデータによって最もよく制約され、他のプローブと比較してその性能はいかにか？
• RQ4 Om(z)診断は、現在のエポックにおいてCPL、EDE、GCG、MPCモデルを区別できるか？
• RQ5 ステートフィンガー診断の予測によると、MPCおよびEDEモデルは近い将来にΛCDMから逸脱するだろうか？

主な発見

• テストされた4つの宇宙論的モデルすべてにおいて、クェーサーのデータはBAOよりも統計的にきつい制約（高い性能指標）を与える。
• クェーサーからのCPLモデルの制約はBAOのものと一致するが、1σレベルで銀河団のデータとは矛盾する。
• ΛCDMモデルはクェーサーおよびBAOのデータと1σの範囲内で整合するが、銀河団のデータとは整合しない。
• Om(z)診断により、現在のエポックにおいてCPL、GCG、EDEモデルはΛCDMと区別できないが、MPCは明確な逸脱を示す。
• ステートフィンガー診断により、MPCおよびEDEモデルは近い将来にΛCDMから離れるが、GCGは高精度のデータが得られない限りΛCDMと区別できない。
• 減速パラメータqの進化は、すべてのモデルで正の値から負の値への遷移を示し、観測された加速膨張への段階的転移と整合的である。