[論文レビュー] The growth factor parameterization and modified gravity

Yungui Gong|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、宇宙加速の観測データを用いて、修正重力とダークエネルギーモデルを区別するための成長指数γの推定を行う。ΛCDMモデルではγ = 0.64⁺⁰.¹⁷₋₀.¹₅、DGPモデルではγ = 0.55⁺⁰.¹⁴₋₀.¹₃（強く不採用）となり、定常ダークエネルギー状態方程式のパラメータについてもΩ₀ = 0.27 ± 0.02、w = -0.97 ± 0.09の制約が得られた。

ABSTRACT

The growth rate of matter perturbation and the expansion rate of the Universe can be used to distinguish modified gravity and dark energy models in explaining the cosmic acceleration. The growth rate is parametrized by the growth index $\gamma$. We discuss the dependence of $\gamma$ on the matter energy density $\Omega$ and its current value $\Omega_0$ for a more accurate approximation of the growth factor. The observational data, including the data of the growth rate, are used to fit different models. The data strongly disfavor the Dvali-Gabadadze-Porrati model. For the dark energy model with a constant equation of state, we find that $\Omega_0=0.27\pm 0.02$ and $w=-0.97\pm 0.09$. For the $\Lambda$CDM model, we find that $\gamma=0.64^{+0.17}_{-0.15}$. For the Dvali-Gabadadze-Porrati model, we find that $\gamma=0.55^{+0.14}_{-0.13}$.

研究の動機と目的

• 物質エネルギー密度Ωおよびその現在値Ω₀の関数として成長因子の近似を改善するため、成長指数γのパrametrizationを改善すること。
• 定常状態方程式パラメータwを有するダークエネルギーモデルと比較して、特にDvali-Gabadadze-Porrati（DGP）モデルを含む修正重力モデルの妥当性を検証すること。
• 物質摂動の成長率に関する観測データを用いて、Ω₀およびwなどの宇宙論的パラメータを制約すること。
• γが宇宙加速のメカニズムを区別するための診断ツールとしてどれほど正確に機能するかを評価すること。

提案手法

• 宇宙論的モデルにおける成長因子の近似を改善するため、物質エネルギー密度Ωおよびその現在値Ω₀の関数として成長指数γを導出する。
• 物質摂動の成長率に関する観測データを用いて、統計的フィッティングによりモデルパラメータを制約する。
• 定常状態方程式パラメータwを有するダークエネルギーモデルと比較して、Dvali-Gabadadze-Porrati（DGP）モデルを検証する。
• ΛCDMモデルは、観測データに成長指数γをフィットさせることで信頼区間を導出する。
• 成長率データの尤度解析を用いてパラメータ推定を実施し、フィットからΩ₀およびwの制約を導出する。
• ΩおよびΩ₀に依存するγの依存性を用いて、さまざまな宇宙論的モデルにおける成長因子予測の精度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙論的モデルにおいて、成長指数γは物質エネルギー密度Ωおよびその現在値Ω₀にどのように依存するか？
• RQ2 現在の成長率観測に基づくと、Dvali-Gabadadze-Porratiモデルはどの程度妥当性を保っているか？
• RQ3 成長率データを用いて、ダークエネルギー状態方程式wおよびΩ₀にどのような制約を課すことができるか？
• RQ4 γを自由パラメータとして制約した場合、ΛCDMモデルは観測された成長率にどの程度よく適合するか？

主な発見

• 物質摂動の成長率に関する観測データから、Dvali-Gabadadze-Porratiモデルは強く不採用された。
• 定常状態方程式を有するダークエネルギーモデルでは、Ω₀ = 0.27 ± 0.02およびw = -0.97 ± 0.09の結果が得られた。
• ΛCDMモデルでは、成長指数がγ = 0.64⁺⁰.¹⁷₋₀.¹₅に制約された。
• DGPモデルでは、成長指数がγ = 0.55⁺⁰.¹⁴₋₀.¹₃に求められ、ΛCDMモデルに比べ顕著に低い値となった。
• ΩおよびΩ₀に依存するγの依存性は、宇宙論的モデルにおける成長因子近似の精度を向上させた。
• 観測データは、修正重力およびダークエネルギーモデルのパラメータ空間に対して強い制約を提供した。