[논문 리뷰] Cosmological solution of Machian gravity

Santanu Das|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 21.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 약한 원리에 기반한 천체물리 모델을 제안하며, 임의의 구성 요소 없이 어둠의 물질, 어둠의 에너지, 어둠의 복사에 해당하는 기하학적 항을 자연스럽게 생성한다. 이 모델은 Planck+WP 데이터에 잘 맞으며, 효과적인 중성자 수의 초과와 높은 헬륨 질량 분율을 설명할 수 있고, 어둠의 성분이 없는 표준 모델의 타당한 대안을 제공한다.

ABSTRACT

The standard model of cosmology is based on the general theory of relativity and demands more than 95\% of the universe to consist of dark matter and dark energy that has no direct observational evidence till date. The foundation of the concept these dark components are based on a fixed relation between the strength of the gravitational field and the matter density. Alternate models are put forward in past to explain the observations without dark components in the universe. Though they have their own merits and draw backs. In this paper we propose a new cosmological model based on Mach's principle. It provides a similar cosmology as that of the standard cosmological model without any ad-hoc dark matter or dark energy. We show that the theory naturally provides some geometric terms that behave like dark mater and dark energy and dark radiation. The presence of dark radiation provides new observational features in cosmology. We show that the theory is supported by observational data from Big Bang Nucleosynthesis and Cosmic Microwave Background, and provides an explanations for excess number of effective neutrino species and higher Helium mass fraction in the universe. We also calculate the best fit cosmological parameters for our model using Planck+WP data.

연구 동기 및 목표

• 어두운 물질 및 어두운 에너지 성분을 추가로 요구하지 않고도 마흐의 원리를 바탕으로 한 천체물리 모델을 개발하는 것.
• 표준 천체물리 모델에서 어두운 물질과 어두운 에너지에 대한 직접적 관측 증거가 부족한 문제를 다루는 것.
• 마흐의 중력에서 유도된 기하학적 항을 사용하여 관측된 효과적인 중성자 종류 수의 초과와 높은 헬륨 질량 분율을 설명하는 것.
• 빅뱅 핵합성과 우주 마이크파온복사 측정치를 포함한 관측 데이터와의 비교를 통해 모델을 시험하는 것.

제안 방법

• 관성 성질이 물질의 전역 분포로부터 유도되는 마흐의 원리를 기반으로 한 중력 이론을 수립하는 것.
• 어둠의 물질, 어둠의 에너지, 어둠의 복사와 동일하게 행동하는 기하학적 항을 포함하는 천체물리 방정식을 유도하는 것.
• 우주 마이크파온복사 스펙트럼과 BBN 제약 조건과 같은 표준 천체물리 관측치에 모델을 적용하는 것.
• Planck + WP 관측 데이터에 모델을 적합시켜 천체물리적 파라미터를 결정하는 것.
• 효과적인 중성자 종류 수와 헬륨 질량 분율의 예측값을 관측 측정치와 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마흐의 중력 프레임워크가 어둠의 물질이나 어둠의 에너지를 도입하지 않고도 관측된 천체물리적 진화를 재현할 수 있는가?
• RQ2 마흐의 중력에서 유도된 기하학적 항이 자연스럽게 관측된 어둠의 에너지 및 어둠의 물질 효과를 설명할 수 있는가?
• RQ3 이 모델은 관측된 효과적인 중성자 종류 수의 초과와 높은 헬륨 질량 분율을 설명할 수 있는가?
• RQ4 표준 모델과 비교할 때 마흐의 모델은 Planck + WP 천체물리 데이터에 얼마나 잘 맞는가?

주요 결과

• 마흐의 중력 모델은 어둠의 물질, 어둠의 에너지, 어둠의 복사와 동일하게 행동하는 기하학적 항을 생성하여 임의의 구성 요소가 필요 없음을 입증한다.
• 이 모델은 Planck 데이터와 일치하는 관측된 효과적인 중성자 종류 수의 초과를 성공적으로 설명한다.
• 이 모델은 표준 BBN보다 높은 헬륨 질량 분율을 예측하며, 관측 측정치와 일치한다.
• Planck+WP 데이터로부터 유도된 최적의 천체물리적 파라미터는 모델의 예측과 일치한다.
• 이론은 빅뱅 핵합성과 우주 마이크파온복사 관측치에 의해 뒷받침된다.
• 모델에 어둠의 복사를 포함함으로써 데이터와의 일치도 향상시키는 새로운 관측적 특징을 제공한다.