[論文レビュー] Topological Defect Models of Structure Formation After the COBE Discovery of CMB Anisotropies

Robert Brandenberger|ArXiv.org|Oct 24, 1992

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、宇宙マイクロ波背景（CMB）の非等方性がCOBEで発見されたのを受けて、トポロジカルな欠陥モデル—特に宇宙ひもとグローバル・テクスチャー—が宇宙構造形成のメカニズムとして有効であるかを評価している。モデルが密度揺動のスケール不変スペクトルを自然に生成することを示し、宇宙ひもモデルにおける予測されるCMB四重極モーメントの振幅がCOBE観測と良好に一致することを明らかにした。

ABSTRACT

The COBE satellite has discovered anisotropies in the cosmic microwave background (CMB) consistent with a scale invariant spectrum of density perturbations. As reviewed in this lecture, topological defect models of structure formation generically produce such a spectrum. We give a summary of the cosmic string and global texture models, focusing on distinct observational signatures in large-scale structure surveys and in the microwave background. It is shown that the amplitude of the CMB quadrupole detected by COBE is in good agreement with the predictions of the cosmic string model.

研究の動機と目的

• COBE衛星がCMB非等方性を検出したのを受けて、トポロジカル欠陥モデル—宇宙ひもとグローバル・テクスチャー—が大規模構造形成を説明できるかの妥当性を評価すること。
• これらのモデルがCMBにおける観測されたスケール不変スペクトルの密度揺動を再現できるかを特定すること。
• これらのモデルが大規模構造サーベイおよびCMB非等方性パターンに与える特徴的な観測的シグネチャーを特定すること。
• 宇宙ひもモデルにおける理論的予測されたCMB四重極モーメント振幅をCOBE測定値と比較すること。
• トポロジカル欠陥モデルが初期密度揺動の観測振幅と整合的であるかを評価すること。

提案手法

• 初期宇宙における自発的対称性の破壊に伴うトポロジカル欠陥形成の理論的枠組みをレビューする。
• 線形摂動理論を適用して、宇宙ひもおよびグローバル・テクスチャーが生成する密度揺動のパワー・スペクトルを計算する。
• サックス＝ホルツ効果を用いて、特に四重極モーメントに注目して、それによるCMB非等方性を計算する。
• 宇宙ひもモデルから予測されるCMB四重極モーメント振幅をCOBE衛星測定値と比較する。
• 生成された密度場の統計的性質と、それらが大規模構造形成に与える影響を分析する。
• 特異な速度場、銀河クラスタリング、マイクロ波背景非等方性パターンなどの観測的シグネチャーを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙ひもやグローバル・テクスチャーのようなトポロジカル欠陥モデルは、COBE観測と整合的なスケール不変スペクトルの密度揺動を生成できるか？
• RQ2 宇宙ひもモデルにおけるCMB四重極モーメントの予測振幅は何か？ そして、COBE測定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 宇宙ひもとグローバル・テクスチャーは、大規模構造サーベイおよびマイクロ波背景にどのような特徴的な観測的シグネチャーを残すか？
• RQ4 トポロジカル欠陥から生じる密度揺動の統計的性質は、CMB非等方性データから推定されるものとどのように比較できるか？
• RQ5 COBEの発見の後、トポロジカル欠陥モデルは構造形成の候補としてどれほど妥当性を保っているか？

主な発見

• 宇宙ひもとグローバル・テクスチャーを含むトポロジカル欠陥モデルは、一般にスケール不変スペクトルの密度揺動を生成し、COBE観測と一致する。
• 宇宙ひもモデルにおけるCMB四重極モーメントの予測振幅は、COBE測定値と良好に一致しており、構造形成メカニズムとしての妥当性を支持する。
• グローバル・テクスチャー・モデルもスケール不変スペクトルを生成するが、パワー・スペクトルの形状および大規模構造のシグネチャーで異なる。
• 宇宙ひもモデルは、四重極レベルでのCMB非等方性の特定の振幅を予測しており、COBEによる観測値と密接に一致する。
• マイクロ波背景および大規模構造における特徴的な印影を用いて、宇宙ひもモデルとグローバル・テクスチャー・モデルを区別できる。
• 宇宙ひもモデルがCOBEデータと整合的であることは、インフレーションモデルの代替としてのその優位性を強化する。