[論文レビュー] Tests of $\Lambda$CDM and Conformal Gravity using GRB and Quasars as Standard Candles out to $z \sim 8$

Carl Roberts, K. Horne+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2017

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z ≈ 8 までにわたり、ガンマ線バースト（GRBs）およびクェーサーを標準キャンドルとして用いて、共形重力（CG）を標準の ΛCDM モデルと比較する。データは ΛCDM が CG よりも著しく優れた適合を示しており、Δχ² = 48 である。また、マンハイムの CG モデルには深刻な λ の微調整問題が存在し、これは ΛCDM と同様の理論的問題を示唆しているが、宇宙定数の共存問題を解決すると主張している。

ABSTRACT

We compare the cosmology of conformal gravity (CG), (Mannheim 2006), to $\Lambda$CDM. CG cosmology has repulsive matter and radiation on cosmological scales, while retaining attractive gravity at local scales. Mannheim (2003) finds that CG agrees with $\Lambda$CDM for supernova data at redshifts $z<1$. We use GRBs and quasars as standard candles to contrast these models in the redshift range $0<z<8$. We find CG deviates significantly from $\Lambda$CDM at high redshift and that $\Lambda$CDM is favoured by the data with $\Delta\chi^2=48$. Mannheim's model has a bounded dark energy contribution, but we identify a $\lambda$ fine-tuning problem and a cosmic coincidence problem.

研究の動機と目的

• 共形重力（CG）が高赤方偏移において、ΛCDM と同様に宇宙論的観測を再現できるかどうかをテストすること。
• 最近の GRBs やクェーサーからの高赤方偏移データを踏まえて、マンハイムの CG 宇宙論の妥当性を検討すること。
• CG が ΛCDM の宇宙共存問題および微調整問題を解決するのか、それとも類似の問題を引き起こすのかを評価すること。
• 79 個の GRB および 24 個のグループ化されたクェーサーを含む統合データセットを用いて、ΛCDM と CG のハッブル図を比較すること。

提案手法

• 赤方偏移 z ≈ 8 までにわたり、79 個の非グループ化された GRB データポイントおよび 24 個のグループ化されたクェーサー データポイントを用いてハッブル図を構築した。
• パデ近似法を用いて GRB のアマティ関係を適用し、等価距離を補正した。
• クェーサーの X線および UV フラックス相関を用いて、クェーサーの距離モジュラスを推定した。
• それぞれの宇宙論的解を用いて、ΛCDM およびマンハイムの共形重力モデルの理論的距離モジュラスを計算した。
• 観測された距離モジュラスと予測された距離モジュラスを比較する χ² テストを実施し、合計 103 点のデータを用いた。
• 特にヒッグス自己相互作用定数 λ の理論的パラメータを再評価し、微調整の必要性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GRBs およびクェーサーを標準キャンドルとして用いる場合、共形重力（CG）が高赤方偏移宇宙論的データに対して ΛCDM よりも優れた適合を示すか？
• RQ2 マンハイムの CG モデルが観測された宇宙論的パラメータに適合させるために、どの程度の微調整が必要か？
• RQ3 CG は宇宙共存問題を解決するのか、それとも ΛCDM と同様の新たな微調整問題を引き起こすのか？
• RQ4 z > 2 において、CG と ΛCDM の予測はどの程度乖離しており、その乖離は統計的に有意か？
• RQ5 観測されたハッブル図（z ≈ 8 まで）は、共形重力におけるヒッグス自己相互作用定数 λ にどのような制約を課すか？

主な発見

• ΛCDM は CG よりも統合された GRB およびクェーサーのデータに対して著しく優れた適合を示しており、Δχ² = 48 である。
• χ² テストの結果、χ²_ΛCDM = 62.4 および χ²_Mannheim = 111 であり、統計的に ΛCDM が強く支持されている。
• 共形重力は赤方偏移 z > 2 において、特にハッブル図の予測で ΛCDM から著しく逸脱している。
• マンハイムのモデルにおけるヒッグス自己相互作用定数 λ は約 −10⁻¹⁷⁶ と予測されており、極めて深刻な微調整問題を示している。
• CG には、ΛCDM の宇宙定数問題に類似した新たな λ の微調整問題が特定され、理論的魅力を損なうものである。
• 宇宙共存問題を解決すると主張しているにもかかわらず、CG は ΩΛ と ΩK のバランスに類似した微調整を必要としており、現在の宇宙が曲率からダークエネルギー支配に移行する時期に一致させるために必要である。