[論文レビュー] Void or Dark Energy?

J. W. Moffat|ArXiv.org|Oct 14, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 32被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、観測されたIa型超新星の減光—通常はダークエネルギーに起因するとされる—が、観測者が空洞の中心に近い位置にあるアインシュタイン＝ド・シータの宇宙における巨大で低密度の空洞によって説明可能であると提唱している。このモデルはダークエネルギーを回避し、空洞内での局所的拡張の速さが宇宙の加速を模倣することを示しているが、地球を特権的立場に置くというコペルニクスの原理に反する。

ABSTRACT

Two possible explanations for the type SNe Ia supernovae observations are a nonlinear, underdense void embedded in a matter-dominated Einstein-de Sitter spacetime or dark energy in the $Λ$CDM model. Both of these alternatives are faced with Copernican fine-tuning problems. A case is made for the void scenario that avoids introducing undetected dark energy.

研究の動機と目的

• 未検出のダークエネルギーに依存する標準的なΛCDMモデルに代わる、超新星の減光の説明を提示することで、標準的なΛCDMモデルへの依存を挑戦すること。
• アインシュタイン＝ド・シータ時空における球対称の低密度空洞が、ダークエネルギーを仮定せずに主要な宇宙論的観測を再現できるかどうかを調査すること。
• 空洞モデルがCMBデータ、大規模構造、および統合サックス＝ホルツ効果の制約を満たすかどうかを評価すること。
• 標準的なLFRWフレームワークと比較して、空洞モデルにおける非一様構造成長および摂動の進化に及ぼす影響を検討すること。
• 空洞シナリオが宇宙定数問題およびダークエネルギーに関連する一致の問題を解決できるかどうかを評価すること。

提案手法

• アインシュタイン方程式の正確なレマートル＝トレルマン＝ボンドー（LTB）解を用いて、物質支配のアインシュタイン＝ド・シータ宇宙における球対称で圧力のない低密度空洞をモデル化する。
• LTB計量を用いて光度距離と赤方偏移の依存関係を計算し、空洞内での拡張が見かけの宇宙の加速を模倣することを示す。
• LTBモデルにおける摂動成長を標準的なLFRWモデルと比較し、δ_LTB(t,r) = (t_LTB(r)/t_LFRW)^{2/3} δ_LFRW(t) の関係を用いることで、空洞内での構造形成が強化されることを示す。
• 非一様構造成長が遅い時期の統合サックス＝ホルツ（ISW）効果および相関関数に与える影響を評価する。
• 予測された赤方偏移の進化と観測結果を比較することで、CMBデータ、BAO、物質パワースペクトルとの整合性を評価する。
• 対称性のない圧力および非一様進化を許容する代替の非一様モデルとして、Szekeres-Szafronの正確解を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アインシュタイン＝ド・シータ宇宙における巨大で低密度の空洞が、ダークエネルギーを仮定せずに観測されたIa型超新星の減光を再現できるか？
• RQ2 空洞モデルが宇宙定数問題およびダークエネルギーに関連する一致の問題を解決できるか？
• RQ3 LTB空洞モデルにおける構造成長は、標準的なLFRWモデルとどのように異なり、物質パワー スペクトルおよびISW効果にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 空洞モデルがCMBデータ、BAO、および大規模構造観測とどの程度整合するか？
• RQ5 観測者が空洞の中心に近い位置に置かれるというコペルニクスの原理の違反は致命的欠陥であるか、それとも観測的に妥当な可能性を有するか？

主な発見

• LTB空洞モデルは、見かけの宇宙の加速を模倣する光度距離－赤方偏移関係を予測し、実際の加速の発見より4年前に観測された超新星の減光を説明できる。
• 空洞モデルは、見かけの加速をグローバルなダークエネルギー支配ではなく、局所的拡張の違いに起因するとすることで、ダークエネルギーを回避している。
• 空洞モデルにおける構造成長は (t_LTB(r)/t_LFRW)^{2/3} の因子で強化され、LFRWモデルと比較して早期かつ強化された構造形成が生じる。
• 空洞モデルは、空洞内での速い拡張により構造形成の開始が早期に可能になるため、宇宙の年齢の問題を解決する。
• 空洞シナリオは、時間依存重力ポテンシャルの進化が強化されることでISW効果を説明できる可能性があるが、データとの整合性についてはさらなる検証が必要である。
• 哲学的コスト（コペルニクスの原理の違反）を伴うが、CMB、BAO、および大規模構造データと一致できる限り、空洞モデルは観測的に妥当なままである。