[논문 리뷰] Analytical estimation of the corrections to the apparent value of the cosmological constant due to large scale structure

Antonio Enea Romano, Pisin Chen|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 24.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 비균일한 물질 분포의 대규모 비균일성으로 인한 상대적 우주상수 보정을 추정하기 위한 분석적 방법을 제시한다. 비균일한 우주상수를 가진 구대칭 모델을 사용하여, 저 redshift 영역에서 광도 거리의 타일러 전개를 유도하며, 다양한 밀도 프로파일에 대해 수치적으로 검증된 바 있다. 이는 특정 밀도 프로파일을 가정하지 않고 비선형 비균일성 효과를 연구할 수 있는 일반적인 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

We calculate the low red-shift Taylor expansion for the luminosity distance for an observer at the center of a spherically symmetric matter inhomogeneity with a non vanishing cosmological constant. We then test the accuracy of the formulas comparing them to the numerical calculation for different cases for both the luminosity distance and the radial coordinate. The formulas can be used as a starting point to understand the general non linear effects of a local inhomogeneity in presence of a cosmological constant, without making any special assumption about the inhomogeneity profile.

연구 동기 및 목표

• 국소적인 물질 분포의 비균일성이 관측된 우주상수 값에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 특정 비균일성 프로파일을 가정하지 않고 상대적 우주상수 보정을 추정하기 위한 일반적인 분석적 프레임워크를 개발하는 것.
• 광도 거리 및 반경좌표의 수치 계산과의 비교를 통해 분석적 접근의 타당성을 검증하는 것.

제안 방법

• 관측자가 비균일한 물질 비균일성의 중심에 위치한 구대칭 모델에서 광도 거리의 저 redshift 타일러 전개를 유도한다.
• 비영인 우주상수를 구대칭 시공간 모델에 통합한다.
• 유도된 분석식을 사용하여 비균일성으로 인한 상대적 우주상수 보정을 계산한다.
• 다양한 비균일성 구성 조건에서 광도 거리 및 반경좌표의 분석 결과와 수치적 해를 비교한다.
• 특정 물질 밀도 프로파일의 형태에 대한 가정을 피하기 위해 방법이 일반적인 형태를 유지하도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물질 분포의 국소적 비균일성이 관측된 우주상수 값에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 대규모 구조의 비선형 효과가 구대칭 비균일 모델에서 광도 거리에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 저 redshift 타일러 전개를 기반으로 한 분석적 근사가 광도 거리 및 반경좌표의 수치 결과를 정확하게 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 분석적 타일러 전개는 심한 비균일성이 존재하는 상황에서도 저 redshift 영역에서 광도 거리에 대해 신뢰할 수 있는 근사치를 제공한다.
• 특정 비균일성 프로파일을 가정하지 않더라도 이 방법은 대규모 구조로 인한 상대적 우주상수 보정을 성공적으로 포착한다.
• 수치적 비교 결과, 광도 거리 및 반경좌표에 대해 여러 테스트 케이스에서 분석 공식의 정확성이 확인된다.
• 이 방법은 비영인 우주상수를 가진 상황에서 비선형 비균일성 효과를 연구하기 위한 일반적인 프레임워크를 제공한다.