[논문 리뷰] Models of Universe with an inhomogeneous Big Bang singularity. II. CMBR dipole anisotropy as a byproduct of a conic Big Bang singularity

Jean Schneider, Marie-Noëlle Célérier|arXiv (Cornell University)|1999. 05. 20.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 탈론-본디 모델을 사용하여, 초기 특이면 표면에 반경 방향 의존성이 있는 원뿔형 빅뱅 특이점으로부터 우주 마이크파배경복사(CMBR)의 이방성도가 유도될 수 있다고 제안한다. 모델의 매개변수를 조정함으로써 CMBR 이방성의 이차모멘트와 자등모멘트가 관측 결과와 잘 일치함을 보여, 관측자에 의한 천체역학적 운동이 필요 없이 공간적으로 비균일한 초기 조건이 관측된 이방성의 원인으로 타당하게 설명될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The existence of stars and galaxies reqires cosmological models with an inhomogeneous matter and radiation distribution. But in these models the initial singularity surface t_0(r) is in general homogeneous (independent of r). In this second paper of a series devoted to an inhomogeneous Big Bang singularity, we investigate the cosmic microwave background radiation (CMBR) dipole. A special Tolman-Bondi Universe is used to study the effect of a Big-Bang singularity, depending linearly on r, on the CMBR anisotropy. It is shown that, for an observer located off the ``center'' of this Universe (r=0), the parameters of the model can be tuned so as to reproduce, with a good approximation, the dipole and the quadrupole moments of the CMBR anisotropy observed in recent experiments. If the dipole should prove cosmological, a slight delaying of the Big-Bang over spatial coordinates would thus be a good candidate for its interpretation.

연구 동기 및 목표

• 반경 방향 의존성이 있는 비균일한 빅뱅 특이점이 관측된 CMBR 이방성도를 설명할 수 있는지 조사한다.
• 우주론적 모델에서 초기 특이면 표면 t₀(r)의 비균일성이 CMBR 이방성에 미치는 영향을 탐구한다.
• 원뿔형 특이점 모델을 사용하여 CMBR 이방성의 이차모멘트와 자등모멘트가 어떻게 재현될 수 있는지 확인한다.
• 공간적으로 변하는 빅뱅 시간이 관측된 CMBR 이방성의 물리적 기원을 제공할 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• 초기 특이면 표면 t₀(r)가 반경 좌표 r에 대해 선형적으로 의존하는 특별한 탈론-본디 우주를 사용한다.
• 모델은 빅뱅 특이점에 대해 원뿔형 기하학을 가정하여 초기 조건의 공간적 비균일성을 도입한다.
• 상대론적 우주론적 방정정식을 사용하여 복사 및 물질 분포를 이러한 비균일한 초기 상태에서 진화시킨다.
• 비중앙(반경 r ≠ 0)에 위치한 관측자에 대해 CMBR 온도 이방성을 계산하며, 주로 이차모멘트와 자등모멘트에 초점을 맞춘다.
• 최근 실험에서 관측된 이방성의 이차모멘트와 자등모멘트의 진폭을 일치시키기 위해 모델 매개변수를 조정한다.
• CMBR 온도의 각도 의존성은 변형된 지오데식 방정식과 t₀(r)에 대한 초기 조건에서 유도된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 특이면 표면 t₀(r)의 반경 의존성이 관측 결과와 일치하는 CMBR 이방성도를 생성할 수 있는가?
• RQ2 원뿔형 빅뱅 특이점이 있는 모델에서 CMBR 이방성의 이차모멘트와 자등모멘트가 어느 정도 재현될 수 있는가?
• RQ3 관측된 CMBR 이방성도는 관측자 운동이 아닌 비균일한 초기 조건에서 기인한 천체역학적 기원과 호환되는가?
• RQ4 관측된 CMBR 이방성 진폭을 일치시키기 위해 탈론-본디 모델에서 필요한 매개변수 값은 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 관측된 CMBR 이방성의 이차모멘트와 자등모멘트를 잘 일치시키며 좋은 근사로 재현한다.
• 중앙에서 벗어난 곳(r ≠ 0)에 위치한 관측자에게서는 초기 특이면 t₀(r)의 반경 의존성이 CMBR의 이방성도를 유도한다.
• 이방성도의 진폭은 관측자의 위치와 t₀(r)의 기울기에 민감하게 의존하므로 관측 결과와 일치시키기 위해 校정이 가능하다.
• 자등모멘트 역시 모델의 매개변수 공간 내에서 재현되며, 데이터와의 일관성을 뒷받침한다.
• 결과적으로, 좌표 공간에 따라 빅뱅이 약간 지연되는 것 역시 CMBR 이방성의 물리적 기원이 될 수 있음을 시사한다.
• 이 모델은 관측자 운동이나 선호 프레임이 필요 없이 비운동학적이고 천체역학적인 기원을 제공한다.