[논문 리뷰] Is the Hubble crisis connected with the extinction of dinosaurs?

Leandros Perivolaropoulos|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 22.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 약 6600만 년 전에 효과적 중력상수 $G_{\rm eff}$가 10% 증가했을 경우, 허블 텐션을 동시에 해결하고 오르트 구름에서 유래한 장주기 커미트의 충돌 빈도를 높여 백악기-제국기 멸종을 설명할 수 있다고 제안한다. 몬테카를로 시뮬레이션 결과, 이러한 전이로 인해 행성 영역으로 진입하는 커미트의 확률이 300% 이상 증가함을 보여주며, 이는 높은 크레이터링 비율과 치크시룰루브 충돌체 사건과 일치한다.

ABSTRACT

It has recently been suggested that a gravitational transition of the effective Newton's constant $G_{ m eff}$ by about 10%, taking place 50-150 Myrs ago, can lead to the resolution of both the Hubble crisis and the growth tension of the standard $Λ$CDM model. Hints for such an abrupt transition with weaker gravity at times before the transition, have recently been identified in Tully Fisher galactic mass-velocity data and also in Cepheid SnIa calibrator data. Here we use Monte-Carlo simulations to show that such a transition could significantly increase (by a factor of 3 or more) the number of long period comets (LPCs) impacting the solar system from the Oort cloud (semi-major axis of orbits $\gtrsim 10^4AU$). This increase is consistent with observational evidence from the terrestrial and lunar cratering rates indicating that the impact flux of kilometer sized objects increased by at least a factor of 2 over that last 100 Myrs compared to the long term average. This increase may also be connected with the Chicxulub impactor event that produced the Cretaceous-Tertiary (K-T) extinction of 75% of life on Earth (including dinosaurs) about 66 Myrs ago. We use Monte-Carlo simulations to show that for isotropic Oort cloud comet distribution with initially circular orbits, random velocity perturbations (induced eg by passing stars and/or galactic tidal effects), lead to a deformation of the orbits that increases significantly when $G_{ m eff}$ increases. A 10% increase of $G_{ m eff}$ leads to an increase in the probability of the comets to enter the loss cone and reach the planetary region (pericenter of less than 10AU) by a factor that ranges from 5% (for velocity perturbation much smaller than the comet initial velocity) to more than 300% (for total velocity perturbations comparable with the initial comet velocity).

연구 동기 및 목표

• 효과적 중력상수 $G_{\rm eff}$의 후기 전이가 허블 텐션과 백악기-제국기 멸종을 동시에 설명할 수 있는지 조사하기.
• 10% 증가한 $G_{\rm eff}$가 오르트 구름에서 유래한 장주기 커미트의 역학에 미치는 영향 평가하기.
• 최근 1억 년 동안 지구와 달의 관측된 크레이터링 비율과의 일관성 테스트하기.
• 우주론적 긴장(허블 및 성장 긴장)과 천체물리적 충돌 사건 간의 연결 고리 탐색하기.
• 다양한 $G_{\rm eff}$ 조건에서의 커미트 궤도 진화를 시뮬레이션한 몬테카를로 방법을 활용해 가설 평가하기.

제안 방법

• 등방성 무작위 속도 편향을 적용하여 초기 궤도가 원형인 오르트 구름 커미트의 몬테카를로 시뮬레이션 수행하기.
• 중력 전이를 50~15000만 년 전에 발생한 갑작스러운 10% 증가로 모델링하여 궤도 진화 및 손실원추 영역 침투 영향 분석하기.
• 손실원추 기준 적용: 근일점 거리 < 10 AU로 충돌 관련 궤도 경로 정의하기.
• $G_{\rm eff}$ 전이로 인해 행성 영역으로 진입하는 커미트의 확률 증가율 상대적 계산하기.
• 시뮬레이션된 충돌 빈도를 지구와 달의 관측 크레이터링 자료와 비교하기.
• 최근 $G_{\rm eff}$ 전이를 암시하는 Tully-Fisher 및 Cepheid-SnIa 데이터의 기존 힌트와 통합하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6600만 년 전에 $G_{\rm eff}$가 10% 증가했을 경우, 지구와 달의 장주기 커미트 충돌 빈도 증가를 설명할 수 있는가?
• RQ2 일시적인 $G_{\rm eff}$ 상승이 오르트 구름 커미트가 행성 영역에 도달할 확률을 어느 정도 증가시키는가?
• RQ3 최근 1억 년 동안 킬로미터 크기의 천체 충돌 빈도가 2~3배 증가한 것은 이러한 중력 전이와 일치하는가?
• RQ4 동일한 $G_{\rm eff}$ 전이가 $\Lambda$CDM 모델에서의 허블 텐션과 성장 텐션을 동시에 해결할 수 있는가?
• RQ5 이러한 전이의 지질학적 및 천체물리적 서식은 무엇이며, 고기후 또는 항성 자료로 제약을 가질 수 있는가?

주요 결과

• 10% 증가한 $G_{\rm eff}$는 장주기 커미트가 행성 영역으로 진입할 확률을 속도 편향의 크기에 따라 5%에서 300% 이상 증가시킴 (근일점 < 10 AU).
• 시뮬레이션된 커미트 충돌 빈도는 최근 1억 년 동안 장기 평균 대비 2~3배 증가한 관측된 크레이터링 비율과 일치함.
• $G_{\rm eff}$ 전이 시점(5000만~15000만 년 전)은 6600만 년 전에 발생한 치크시룰루브 충돌체 사건과 겹침 (백악기-제국기 멸종 원인).
• 동일한 $G_{\rm eff}$ 전이가 이전에 SnIa의 밝기 및 물질 성장률을 변화시켜 $\Lambda$CDM 모델에서의 허블 텐션과 성장 텐션을 해결하는 것으로 밝혀짐.
• Pantheon+ 데이터셋에서, 특히 먼 은하와 근접 은하의 Cepheid 주기-밝기 파ameter에서 전이에 대한 힌트를 확인할 수 있음.
• 태양의 밝기 및 행성 온도 변화에 따라 지구의 고기후 기록에 검출 가능한 서식이 남을 수 있으며, 이는 $\mathcal{L} \sim G_{\rm eff}^7$ 비례로 스케일링됨.