[論文レビュー] Testing Gravity with the CFHTLS-Wide Cosmic Shear Survey and SDSS LRGs

O. Doré, Marie Martig+8 more|ArXiv.org|Dec 10, 2007

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、CFHTLS-Wideサーベイの宇宙的せん断とSDSS LRGサンプルの銀河クラスタリングを用いて、0.04–10 Mpcスケールの宇宙論的スケールで一般相対性理論を検証する。一般相対性理論からの逸脱は検出されず、ヤウカ型修正モデル下で重力子質量はCFHTLSからm ≤ 1.11×10⁻³⁰ eV（95%信頼区間）、SDSSからm ≤ 9.40×10⁻³² eVに制約される。

ABSTRACT

General relativity as one the pillar of modern cosmology has to be thoroughly tested if we want to achieve an accurate cosmology. We present the results from such a test on cosmological scales using cosmic shear and galaxy clustering measurements. We parametrize potential deviation from general relativity as a modification to the cosmological Poisson equation. We consider two models relevant either for some linearized theory of massive gravity or for the physics of extra-dimensions. We use the latest observations from the CFHTLS-Wide survey and the SDSS survey to set our constraints. We do not find any deviation from general relativity on scales between 0.04 and 10 Mpc. We derive constraints on the graviton mass in a restricted class of model.

研究の動機と目的

• 大規模構造プローブを用いて、0.04–10 Mpcスケールの宇宙論的スケールにおける一般相対性理論の妥当性を検証すること。
• ポアソン方程式への修正を通じて、一般相対性理論からの逸脱を制約すること。
• 修正重力理論をプローブする宇宙的せん断と銀河クラスタリング測定の整合性を評価すること。
• 特にヤウカ型重力拡張モデルに属する制限付きクラスのモデルにおいて、重力子質量の制約を導出すること。
• 低赤方偏移での今後の重力検証に向け、CFHTLS-WideとSDSSデータの相乗効果を評価すること。

提案手法

• ヤウカ型ポテンシャルまたは余剰次元効果を組み込んだ修正されたポアソン方程式による一般相対性理論からのパラメータ化された逸脱。
• CFHTLS-Wideサーベイの宇宙的せん断測定を用いて、大スケールでの弱引力レンズ効果と物質パワースペクトルをプローブすること。
• 銀河クラスタリングデータをSDSS LRGサンプルから得て、構造の成長と密度揺らぎを制約すること。
• 非線形構造形成を尤度解析に組み込むために、Smithら（2003）のHaloFit規定とPeacock & Dodds（1996）モデルを適用すること。
• 両プローブを統合した尤度解析を実施し、修正重力パrameter α と 1/m（重力子のコムプトン波長）を制約すること。
• 異なる非線形モデル化規定とサーベイの天球カバー範囲の影響を比較することで、制約の妥当性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙的せん断と銀河クラスタリングによってプローブされる0.04–10 Mpcスケールの宇宙論的スケールで、一般相対性理論は成立するか？
• RQ2 ヤウカ型重力修正モデル下で、統合されたCFHTLS-WideおよびSDSSデータから導かれる重力子質量の制約は何か？
• RQ3 CFHTLS-Wideの制約は、天球カバー範囲と感度の観点からSDSSのものと比べてどのように異なるか？
• RQ4 これらのスケールで、宇宙的せん断と銀河クラスタリング測定は、修正重力モデルをどの程度まで一貫して制約できるか？
• RQ5 弱レンズ効果とクラスタリングデータの観測された整合性は、特定の代替重力モデルを除外または制約するために利用できるか？

主な発見

• 0.04–10 Mpcの範囲で、宇宙的せん断と銀河クラスタリングの両データが一般相対性理論の予測と整合していることから、一般相対性理論からの顕著な逸脱は観測されなかった。
• α = 1の仮定の下で、CFHTLS-Wideデータからの95%信頼区間における重力子のコムプトン波長の制約は1/m ≥ 5.71 Mpcである。
• SDSS LRGクラスタリングデータからは、よりきつい制約が得られ、1/m ≥ 67.6 Mpcであり、95%信頼区間で重力子質量m ≤ 9.40×10⁻³² eVに制約される。
• CFHTLS-Wideサーベイは、天球カバー範囲が狭いためSDSSよりややきつい制約ではないが、m ≤ 1.11×10⁻³⁰ eVに制約される（95%信頼区間）。
• 結果から、銀河スケールの物理は一般相対性理論に従うことが示唆される。なぜなら、ここで用いられたヤウカ型拡張は元々暗黒物質の代替案として提唱されたものであるからである。
• 宇宙的せん断と銀河クラスタリング測定の一致は、大規模構造プローブが重力理論を検証する上で一貫していることを支持し、今後のサーベイでは角度スケールカバー範囲が1桁向上する見込みである。