[論文レビュー] Tracking quintessence by cosmic shear - Constraints from VIRMOS-Descart and CFHTLS and future prospects

C. Schimd, I. Tereno+7 more|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Mar 7, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、VIRMOS-Descart および CFHTLS の宇宙シアー観測データに加え、タイプIa超新星およびCMB観測データを組み合わせることで、クインテシス型ダークエネルギーモデルの制約を試みた。逆べき乗則ポテンシャルの場合、95%信頼水準で α < 1 および Ω_Q0 = 0.75⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁴ の結果が得られ、ダークエネルギーパラメータに関しては安定しているが、初期スペクトルパラメータに関しては非線形マッピングに敏感であることがわかった。

ABSTRACT

Dark energy can be investigated in two complementary ways, by considering either general parameterizations or physically well-defined models. Following the second route, we explore the constraints on quintessence models where the acceleration is driven by a slow-rolling scalar field. The analysis focuses on cosmic shear, combined with supernovae Ia and CMB data. Using a Boltzmann code including quintessence models and the computation of weak lensing observables, we determine several two-point shear statistics. The non-linear regime is described by two different mappings. The likelihood analysis is based on a grid method. The data include the "gold set" of supernovae Ia, the WMAP-1 year data and the VIRMOS-Descart and CFHTLS-deep and -wide data for weak lensing. This is the first analysis of high-energy motivated dark energy models that uses weak lensing data. We explore larger angular scales, using a synthetic realization of the complete CFHTLS-wide survey as well as next space-based missions surveys. Two classes of cosmological parameters are discussed: i) those accounting for quintessence affect mainly geometrical factors; ii) cosmological parameters specifying the primordial universe strongly depend on the description of the non-linear regime. This dependence is addressed using wide surveys, by discarding the smaller angular scales to reduce the dependence on the non-linear regime. Special care is payed to the comparison of these physical models with parameterizations of the equation of state. For a flat universe and a quintessence inverse power law potential with slope alpha, we obtain alpha &lt; 1 and Omega_Q=0.75^{+0.03}_{-0.04} at 95% confidence level, whereas alpha=2^{+18}_{-2}, Omega_Q=0.74^{+0.03}_{-0.05} when including supergravity corrections.

研究の動機と目的

• 宇宙シアー観測データを用いて、物理的に妥当なクインテシスモデルに対する観測的制約を調査すること。
• 弱引力レンズ調査が、ダークエネルギーパrameter空間におけるデゲネラシーを解消するために、超新星およびCMBデータをどのように補完するかを評価すること。
• 特に初期パラメータに関して、非線形構造形成のモデリングが宇宙論的パラメータ制約に与える影響を検討すること。
• 将来の宇宙望遠鏡を用いた弱引力レンズ調査の性能を予測し、ダークエネルギーの時間的変化を追跡する能力を評価すること。
• ピvォット赤方偏移問題に対処する観点から、物理的クインテシスモデルとパラメータ化された状態方程式モデルを比較すること。

提案手法

• クインテシスモデルを組み込んだボルツマンコードを用い、シアー功率スペクトルおよび2点統計量を含む弱引力レンズ観測量を計算する。
• 宇宙シアーにおける線形から非線形領域への遷移をモデル化するために、2種類の異なる非線形マッピングを適用する。
• 『ゴールドセット』のSNe Ia、WMAP 1年分のCMBデータ、およびVIRMOS-DescartおよびCFHTLSの弱引力レンズデータを組み合わせたデータセットに対して、グリッド法を用いた尤度解析を実施する。
• CMBデータを用いて初期スペクトルを正規化し、σ₈を自由パrameterではなくモデル予測として扱う。
• 非線形領域のモデリングに関する不確実性への感受性を低減するため、小スケールでのデータカットを試みる。
• 将来の性能を予測するために、広視野調査の合成実現を用い、宇宙望遠鏡ミッションにおける深さ対広がり戦略の性能を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VIRMOS-DescartおよびCFHTLSの宇宙シアー測定値は、逆べき乗則ポテンシャルを持つクインテシスモデルのパラメータをどの程度制約するか？
• RQ2 弱引力レンズデータを超新星およびCMB観測と組み合わせることで、ダークエネルギーに関する制約はどの程度改善されるか？
• RQ3 弱引力レンズ統計における非線形領域のモデリングに依存する、宇宙論的パラメータ制約の感受性はどの程度か？
• RQ4 深さ対広がりの観点から、宇宙空間に打ち上げられる将来的な弱引力レンズ調査において、深さと広がりの両方の戦略の相対的性能はいかがなものか？
• RQ5 現在のデータと整合性の高い観点から、物理的クインテシスモデルとパラメータ化された状態方程式モデルは、どのように比較できるか？

主な発見

• 平坦宇宙で逆べき乗則ポテンシャルを持つクインテシスモデルの場合、95%信頼水準で α < 1 および Ω_Q0 = 0.75⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁴ の結果が得られた。
• 超対称性補正を含めた場合、制約は α = 2⁺¹⁸₋₂ および Ω_Q0 = 0.74⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁵（95%信頼水準）に緩和された。
• 初期スペクトルパラメータに関連する宇宙論的パラメータは、非線形マッピングの選択に大きく依存するが、ダークエネルギーパラメータは安定している。
• 弱引力レンズデータを小スケールでカットすることで、非線形領域モデリングへの依存性が低下し、制約の安定性が向上した。
• 将来の広視野の宇宙望遠鏡ベースの調査は、ダークエネルギーの制約を顕著に改善すると予想され、広がりが大きく浅めの調査が、より深い調査よりも宇宙シアー研究において優れた性能を示すだろう。
• 本研究は、物理的ダークエネルギーモデルを制約するためにCFHTLSの弱引力レンズデータを初めて用いた分析であり、他のプローブとの強い相乗効果を示した。