[論文レビュー] Viable inhomogeneous model universe without dark energy from primordial inflation

David L. Wiltshire|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、ダークエネルギーを含まない不均一な宇宙モデルを提案する。我々の観測可能な宇宙は、空間的に平坦なバケツ内に存在する低密度でフラクタル的に分布した気泡である。初期インフレーションと宇宙観測の再分析を用いて、加速を仮定せずとも超新星観測データと大規模構造を説明可能であり、初期構造形成と整合する15.3 ± 0.7 Gyrの年齢を予測する。

ABSTRACT

A new model of the observed universe, using solutions to the full Einstein equations, is developed from the hypothesis that our observable universe is an underdense bubble, with an internally inhomogeneous fractal bubble distribution of bound matter systems, in a spatially flat bulk universe. It is argued on the basis of primordial inflation and resulting structure formation, that the clocks of the isotropic observers in average galaxies coincide with clocks defined by the true surfaces of matter homogeneity of the bulk universe, rather than the comoving clocks at average spatial positions in the underdense bubble geometry, which are in voids. This understanding requires a systematic reanalysis of all observed quantities in cosmology. I begin such a reanalysis by giving a model of the average geometry of the universe, which depends on two measured parameters: the present matter density parameter, Omega_m, and the Hubble constant, H_0. The observable universe is not accelerating. Nonetheless, inferred luminosity distances are larger than naively expected, in accord with the evidence of distant type Ia supernovae. The predicted age of the universe is 15.3 +/-0.7 Gyr. The expansion age is larger than in competing models, and may account for observed structure formation at large redshifts.

研究の動機と目的

• ダークエネルギーを導入せず、観測された等光度距離と構造形成を説明する宇宙論的モデルの構築を目的とする。
• 観測された宇宙の加速とダークエネルギーの不在という矛盾を、不均一な枠組みで宇宙観測を再解釈することで解消することを目的とする。
• 時計同期と幾何学の再分析を通じて、宇宙の観測された年齢と初期の大規模構造形成を調和させる。
• このモデルにおいて、ハッブル定数と物質密度パラメータのみが、観測可能な宇宙の平均幾何を定義できることを示すこと。

提案手法

• 空間的に平坦なバケツ宇宙に、束縛された物質系が低密度で不均一に分布したフラクタル的気泡を含む、完全なアインシュタイン方程式の解を構築する。
• 平均的な銀河内の等方的観測者と空洞内の共動時計の区別をし、真の物質均一性の表面と一致するのは前者の時計に限ることを主張する。
• 等光度距離、年齢、赤方偏移の時間的変化といった宇宙観測を、Ω_mとH₀で定義される平均幾何に基づいて再分析する。
• 初期インフレーションの枠組みを適用し、観測された不均一な構造と時計同期の正当化を図る。
• ハッブル定数と物質密度パラメータを唯一の入力パラメータとして、モデルの平均膨張歴を定義する。
• ダークエネルギーや加速膨張の仮定を避け、モデルの幾何学的・力学的構造から膨張年齢を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークエネルギーを含まない宇宙が、Ia型超新星からの観測された等光度距離データを再現できるか？
• RQ2 空間的に平坦なバケツ宇宙における不均一な物質分布が、宇宙時計と観測の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ3 膨張が加速していないが構造が初期に形成されるモデルにおいて、宇宙の予測される年齢は何か？
• RQ4 加速を伴わない不均一な宇宙において、推定された等光度距離がなぜ予想外に大きいのか？
• RQ5 銀河内の時計同期と空洞内の共動時計の比較は、どのように異なるのか？そして、宇宙測定にどのような意味を持つのか？

主な発見

• このモデルは、標準モデルよりもダークエネルギーを含まない場合に比べて、15.3 ± 0.7 Gyrの宇宙年齢を予測する。
• 加速がないにもかかわらず、等光度距離は予想外に大きく、Ia型超新星観測と整合的である。
• このモデルにおける膨張年齢は、他のモデルを上回っており、高赤方偏移における大規模構造の存在を説明できる可能性がある。
• 平均的な銀河内の等方的観測者は、真の物質均一性の表面と一致する時間経過を経験するが、空洞内の共動時計とは一致しない。
• 幾何学的構造と時計同期の再解釈により、ダークエネルギーを導入せずとも、見かけの宇宙の加速を説明可能である。
• 宇宙の平均幾何は、追加の自由パラメータを必要とせず、測定された二つのパラメータΩ_mとH₀によって完全に決定される。