[논문 리뷰] A simple Hubble-like law in lieu of dark energy

Yves‐Henri Sanejouand|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 13.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 64인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 적색이동이 거리가 아니라 광자의 비행 시간에 비례하는 수정된 허블 유사 법칙을 제안하며, 암흑 에너지를 제거한다. 비표준 거리-이중성 관계를 사용하여 일관된 연령-적색이동 관계와 초신성 데이터와 호환되는 볼류메트릭 거리 거리를 도출하며, 과거 120억 년 동안 정적이고 유클리드 공간인 우주를 제안한다.

ABSTRACT

Within the frame of the $Λ$ cold dark matter paradigm, a dark energy component of unknown origin is expected to represent nearly 70% of the energy of the Universe. Herein, a non-standard form of the Hubble law is advocated, with the aim of providing safe grounds on which alternative cosmologies could be developed. Noteworthy, it yields an age-redshift relationship which is consistent with available data. Together with a straightforward analysis of gamma-ray burst counts, it further suggests that the observable Universe has been euclidean and static over the last 12 Gyr. Although a non-standard distance-duality relation is then required for interpreting luminosity distances, the magnitude-redshift relationship obtained is compatible with type Ia supernovae data.

연구 동기 및 목표

• 암흑 에너지를 필요로 하지 않도록 허블 법칙을 재정의함으로써 암흑 에너지를 피하는 대체 우주론 프레임워크를 개발하는 것.
• 고적색이동 물체(예: 퀘이사 및 항성 등)의 관측된 연령을 암흑 에너지를 도입하지 않고도 우주론 모델과 조화시키는 것.
• 현재 알려진 가장 오래된 물체의 관측 데이터와 호환되는 자발적인 연령-적색이동 관계를 제공하는 것.
• 비표준 거리-이중성 관계가 정적 우주 모델에서 볼류메트릭 거리 해석에 미치는 영향을 탐구하는 것.

제안 방법

• 새로운 허블 유사 법칙 제안: $ z_{\nu} = H_0 \Delta t $, 여기서 $ z_{\nu} $ 는 주파수 적색이동이고 $ \Delta t $ 는 광자의 비행 시간이다.
• 관측된 연령과 천체 시대를 연결하는 연령-적색이동 관계 $ T_{\text{obs}} = T_{\text{old}} - T_H z_{\nu} $ 를 유도하며, $ T_H = 1/H_0 $ 이다.
• HD140283의 연령(14.5 Gyr)과 APM 08279+5255의 연령(2.1 Gyr, $ z_\lambda \approx 3.9 $)을 사용하여 $ T_H = 15.6 $ Gyr 를 추정한다.
• 감마선 폭발 수를 분석하여 최근 120억 년 동안 정적이고 유클리드 우주임을 추론한다.
• 관측 제약 조건과 호환되는 수정된 거리-이중성 관계 $ D_L = D_A (1+z_\lambda)^{2+\eta_0} $ 를 도입하며, $ \eta_0 = -0.35 $ 이다.
• 볼류메트릭 거리 관계에서 $ n = 1.65 $ 또는 $ n = 3/2 $ 를 사용하여 타입 Ia 초신성 데이터와의 비교를 수행하며, 고적색이동 영역에서 관측과의 호환성을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광자의 비행 시간에 기반한 선형 허블 유사 법칙이 가장 오래된 알려진 물체의 관측된 연령-적색이동 관계를 재현할 수 있는가?
• RQ2 최근 120억 년 동안 정적이고 유클리드 우주인 것이 감마선 폭발 수와 볼류메트릭 거리 데이터와 일치하는가?
• RQ3 제안된 허블 법칙과 볼류메트릭 거리를 조화시키기 위해 표준 거리-이중성 관계에서 얼마만큼의 편차가 필요한가?
• RQ4 고적색이동 영역에서 이 모델이 $ \Lambda $CDM 모델에 비해 타입 Ia 초신성 데이터를 얼마나 잘 맞추는가?
• RQ5 주어진 비례 관계 $ \nu \propto t $ 가 물리적으로 어떤 메커니즘에 기반할 수 있는가?

주요 결과

• HD140283와 APM 08279+5255의 연령을 바탕으로 모델은 $ T_H = 15.6 $ Gyr 의 허블 시간을 도출하며, 최근 추정치와 일치한다.
• 관측된 연령과 천체 시대를 연결하는 $ T_{\text{obs}} = T_{\text{old}} - T_H z_\nu $ 에 기반한 연령-적색이동 관계는 초기형 천체의 연령에 상한선을 제공하며, $ z_\lambda \approx 1-7 $ 에서 관측된 연령과 일치한다.
• 이 모델은 최대 관측 가능한 적색이동 $ z_\lambda \approx 13 $ 을 예측하며, 현재의 관측 한계와 일치한다.
• 감마선 폭발 수는 이 모델 하에서 관측 가능한 우주가 최근 120억 년 동안 유클리드적이고 정적임을 시사한다.
• 고적색이동에서 볼류메트릭 거리 관계 $ D_L \propto (1+z_\lambda)^{1.65} $ 는 유니온 2.1 초신성 샘플에 대해 $ \chi^2 = 652 $ 를 보이며, $ z_\lambda < 2 $ 에서 $ \Lambda $CDM 와 2σ 이내에 머물러 있다.
• 에터링턴 거리-이중성 관계에서 요구되는 편차는 $ \eta_0 = -0.35 $ 이며, 최근 관측 추정치($ \eta_0 = -0.08 \pm 0.10 $ 에서 $ -0.17 \pm 0.17 $) 와 2σ 이내에 있다.