[논문 리뷰] A possible explanation of Galactic Velocity Rotation Curves in terms of a Cosmological Constant

S B Whitehouse, G. V. Kraniotis|arXiv (Cornell University)|1999. 11. 26.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 NGC 3198와 같은 나선파악성 은하에서 관측된 평탄한 은하 속도 회전곡선을 어두운 물질 허브 없이도 음의 우주론적 상수($\Lambda$)로 설명할 수 있다고 제안한다. 이 모델은 NGC 3198 데이터로부터 $|\Lambda|_{\text{Exp}} = 5.0 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$의 우주론적 상수 값을 유도하며, 대규모 수의 가설에 기반한 이론적 추정치인 $2.1 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$와 양호한 일치를 보이며 감속하는 우주를 시사한다.

ABSTRACT

This paper describes how the non-gravitational contribution to Galactic Velocity Rotation Curves can be explained in terms of a negative Cosmological Constant ($Λ$). It will be shown that the Cosmological Constant leads to a velocity contribution proportional to the radii, at large radii, and depending on the mass of the galaxy. This explanation contrasts with the usual interpretation that this effect is due to Dark Matter halos. The velocity rotation curve for the galaxy NGC 3198 will be analysed in detail, while several other galaxies will be studied superficially. The Cosmological Constant derived experimentally from the NGC 3198 data was found to be:$|Λ|_{Exp}= 5.0 imes 10^{-56} cm^{-2}$. This compares favourably with the theoretical value obtained from the Large Number Hypothesis of: $|Λ|_{Theory}=2.1 imes 10^{-56}cm^{-2}$. The Extended LNH is then used to define other cosmological parameters: gravitational modification constant, energy density, and the Cosmological Constant in terms of a fundamental length. A speculative theory for the evolution of the Universe is outlined where it is shown how the Universe can be defined, in any particular era, by two parameters: the fundamental length and the energy density of the vacuum for that epoch. The theory is applied to the time evolution of the universe where a possible explanation for the $ρ_{Planck}/ρ_Λ^{QH} \approx 10^{120}$ problem is proposed. The nature of the ''vacuum'' is reviewed along with a speculative approach for calculating the Cosmological Constant via formal M-theory.The experimentally derived results presented in this paper support a decelerating Universe, in contrast with recent indicationsfrom Type Ia Supernovae experiments, for an accelerating Universe.

연구 동기 및 목표

• 어두운 물질 허브를 도입하지 않고 평탄한 은하 속도 회전곡선에 대한 대안적 설명을 제공하기 위해.
• 음의 우주론적 상수($\Lambda$)가 큰 반경에서 관측된 회전곡선의 평탄함을 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 실험적으로 유도된 $\Lambda$ 값과 대규모 수의 가설에 기반한 이론적 예측 간의 비교를 위해.
• 우주론적 모델에서 진공 에너지 밀도와 기본 길이 척도에 대한 우주론적 상수의 영향을 탐색하기 위해.
• 기본 길이 척도와 진공 에너지 밀도를 기반으로 한 우주의 시간에 따른 진화에 대한 추측적 프레임워크를 제안하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 구형 대칭이고 정적인 시공간에서 아인슈타인 장 방정식을 적용하여 음의 우주론적 상수의 영향을 받는 은하 회전곡선을 모델링한다.
• 메트릭의 $\Lambda$-항에서 기인하는 반경에 비례하는 속도 기여를 유도한다.
• 반경 속도 데이터와 일치하도록 $\Lambda$를 조정하여 NGC 3198의 관측된 회전곡선에 모델을 적합시킨다.
• 대규모 수의 가설을 사용하여 우주론적 매개변수를 기본 길이 척도와 연결함으로써 이론적 $\Lambda$를 추정한다.
• 확장된 대규모 수의 가설 프레임워크에서 진공 에너지 밀도와 중력 수정 상수를 유도한다.
• 기본 길이와 진공 에너지 밀도를 시대에 따라 변하는 매개변수로 사용하여 추측적 우주 진화 모델을 구축한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 음의 우주론적 상수는 나선파악성 은하에서 관측된 평탄한 은하 속도 회전곡선을 설명할 수 있는가?
• RQ2 NGC 3198의 회전곡선에 적합시켜 얻은 실험적 우주론적 상수 값은 얼마인가?
• RQ3 실험적으로 유도된 $\Lambda$는 대규모 수의 가설에 의해 예측된 이론적 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 우주론적 상수는 기본 길이와 진공 에너지 밀도로 표현될 수 있는가?
• RQ5 기본 길이와 우주론적 상수를 기반으로 한 모델은 초신성 관측 결과와는 반대로 감속하는 우주를 예측하는가?

주요 결과

• NGC 3198의 회전곡선 데이터로부터 실험적으로 유도된 우주론적 상수는 $|\Lambda|_{\text{Exp}} = 5.0 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$이다.
• 이 값은 대규모 수의 가설에 기반한 이론적 추정치인 $|\Lambda|_{\text{Theory}} = 2.1 \times 10^{-56}~\text{cm}^{-2}$와 유의미한 일치를 보인다.
• 이 모델은 감속하는 우주를 예측하며, 타입 Ia 초신성 관측 결과에서 유도된 가속하는 우주와 대조된다.
• 진공 에너지 밀도는 우주론적 상수와 기본 길이로부터 유도되며, 확장된 대규모 수의 가설과 일치한다.
• 우주론적 상수가 기본 길이와 진공 에너지 밀도로 표현될 수 있음을 보여주며, 우주의 진화를 통합적으로 기술하는 데 유리한 매개변수화를 지원한다.
• 기본 길이 척도와 연결함으로써 $\rho_{\text{Planck}} / \rho_{\Lambda}^{\text{QH}} \approx 10^{120}$의 모순에 대한 잠재적 해결책을 제공한다.