[論文レビュー] What Drives Our Accelerating Universe?

S. A. Bludman|ArXiv.org|Feb 2, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、均一な膨張の宇宙観測だけでは、静的である宇宙定数、動的なダークエネルギー、あるいは修正重力（ダーク重力）を区別できないと主張している。代わりに、弱いレンズ効果、CMB、大規模構造のクラスタリングによる構造の成長を測定することで、これらのメカニズムを区別できると提唱している。特に、弱いレンズ効果の観測が、動的なダークエネルギーと修正重力の区別に最も感受性が高いとされる。

ABSTRACT

The homogeneous expansion history H(z) of our universe measures only kinematic variables, but cannot fix the underlying dynamics driving the recent acceleration: cosmographic measurements of the homogeneous universe, are consistent with either a static finely-tuned cosmological constant or a dynamic `dark energy' mechanism, which may be material Dark Energy or modified gravity (Dark Gravity). Resolving the composition and foreground noise to reduce their large systematic errors.dynamics of either kind of `dark energy', will require complementing the homogeneous expansion observations with observations of the growth of cosmological fluctuations. Because the 'dark energy' evolution is at least quasi-static, any dynamical effects on the fluctuation growth function g(z) will be minimal. They will be best studied in the weak lensing convergence of light from galaxies at 0

研究の動機と目的

• 宇宙加速を駆動する力学的メカニズムと、その観測的特徴（宇宙計測学）の違いを明確にすること。
• 『ダークエネルギー』が静的である宇宙定数か、動的な場かを検討し、それが新しい物質由来か、あるいは重力の修正由来かを明らかにすること。
• 弱いレンズ効果と大規模構造の観測が、動的なダークエネルギーと修正重力の区別にどの程度有効かを評価すること。
• 宇宙定数問題を解消するため、真空エネルギーを量子真空揺らぎではなく、時空の固有の曲率と再解釈すること。
• DGP braneworld宇宙論などの修正重力モデルの妥当性を、宇宙論的および局所的重力実験の観点から評価すること。

提案手法

• 宇宙計測学的手法を用い、H(z) の測定により、力学的構造を固定しない均一な膨張を記述する。
• 一般相対性理論および代替重力理論（例：DGP、f(R)、TeVeS）におけるフリードマン方程式およびその修正形を適用する。
• 宇宙のフラクチュエーションの成長関数 g(z) を、特に赤方偏移 z<5 の銀河、6<z<20 のHI、z=1089 のCMBからの弱いレンズ効果の収束を用いて、力学的要因を調査する。
• DGP重力におけるVainshteinスクリーニング機構を評価し、中間スケール r_S << r_* << H_0^{-1} で一般相対性理論からのずれが生じることを検証する。
• DGPモデルの修正フリードマン方程式 H² + H/r_c = κ²ρ/3 を標準の ΛCDM と比較し、観測的妥当性を検討する。
• 宇宙定数を量子真空エネルギーではなく、幾何的性質（Ricci曲率 R_dS）として解釈することで、宇宙定数問題を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H(z) の宇宙計測的測定のみで、加速が静的宇宙定数か、動的なダークエネルギーかを区別できるか？
• RQ2 宇宙における構造の成長は、どの程度まで動的なダークエネルギーと修正重力の違いを区別できるか？
• RQ3 DGP braneworldモデルは、弱いレンズ効果および大規模構造にどのような観測的特徴をもたらすか？
• RQ4 Vainshteinスクリーニング機構は、修正重力モデルにおいて一般相対性理論からのずれをどのように抑制するか？
• RQ5 宇宙定数を幾何的性質として、すなわち時空の固有の曲率として解釈することで、量子真空エネルギー問題を回避できるか？

主な発見

• H(z) の宇宙計測的観測だけでは、加速が静的宇宙定数か、動的なダークエネルギーかを特定できない。
• β = 1.39 のDGPモデルは、z_acc ≈ 0.58 で後期の加速を予測し、観測と整合する。
• Vainshteinスケール r_* ≈ (r_S r_c²)^{1/3} が、修正重力が一般相対性理論から逸脱するスケールの転換点を決定し、r_* ≪ H_0^{-1} となる。
• 0 < z < 5 の銀河および 6 < z < 20 のHIにおける弱いレンズ効果の観測が、動的なダークエネルギーと修正重力の区別に最も有望な手段である。
• DGPモデルの修正フリードマン方程式は、Einstein-de Sitter（α=2）とΛCDM（α=0）の極限を補間し、一般のαに対して w_DE = -1 + α/2 が成り立つ。
• 元来のDGPモデルは宇宙論的フィットにおいて平坦DGPモデルと区別できないが、両者とも現在のデータに一致させるには微調整が必要である。