[논문 리뷰] Searching for modified gravity with baryon oscillations: from SDSS to WFMOS

Kazuhiro Yamamoto, Bruce A. Bassett외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 05. 11.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 은하 파wer 스펙트럼에서의 비어론 음파 진동(BAO)이 우주 팽창의 원인으로서 수정 중력과 진공 에너지 상수를 구별할 수 있는지 조사한다. n=2는 DGP 모형에 해당하고 n→∞는 ΛCDM에 해당하는 매개변수화된 모형을 사용하여, 수정 중력은 BAO 피크 위치를 이동시킴을 발견하였다. 현재의 SDSS 데이터는 Ω_m > 0.3일 경우를 제외하고는 원래 DGP 모형을 기각하며, 향후 WFMOS와 같은 설문조사가 제약 조건을 크게 강화할 것으로 예상된다.

ABSTRACT

We discuss how the baryon acoustic oscillation (BAO) signatures in galaxy power spectrum can distinguish the two different models to explain the cosmic acceleration, the modified gravity and the cosmological constant. For this purpose, we consider a model characterized by a parameter n, which corresponds to the Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) model if n=2 and reduces to a spatially-flat cosmological model with a cosmological constant for n=\\infty. We find that the different expansion history of the modified gravity model systematically shift the peak positions of BAO. A preliminary analysis using the current SDSS LRG sample indicates that the original DGP model is disfavored unless the matter density parameter exceeds 0.3. The constraints will be strongly tightened with future spectroscopic samples of galaxies at high redshifts. WFMOS, in collaboration with other surveys such as Planck, will powerfully constrain modified gravity alternatives to dark energy as the explanation of cosmic acceleration.

연구 동기 및 목표

• 은하 파워 스펙트럼에서의 비어론 음파 진동(BAO)이 우주 팽창의 원인으로서 수정 중력과 진공 에너지 상수를 어떻게 구별할 수 있는지 결정하는 것.
• Dvali-Gabadadze-Porrati(DGP) 모형이 어둠의 에너지의 대안으로서 BAO 서명을 통해 얼마나 타당한지 평가하는 것.
• 향후 고 redshift 스펙트럼 설문조사, 예를 들어 WFMOS와 같은 설문조사가 수정 중력 모형에 대한 제약 조건을 어떻게 향상시킬 수 있는지 평가하는 것.
• 모델의 매개변수 n의 변화가 파워 스펙트럼에서의 팽창 역사와 BAO 피크 위치에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 것.

제안 방법

• n을 인덱스로 하는 매개변수화된 모델 가족을 사용하여 우주의 팽창 역사를 모델링하며, 여기서 n=2는 DGP 모형에 해당하고 n→∞는 평탄한 ΛCDM 모형에 해당한다.
• 은하 파워 스펙트럼을 계산하고, 이 모델 프레임워크 내에서 비어론 음파 진동(BAO) 피크의 위치를 식별한다.
• 수정 중력 모형(n=2)에서 예측된 BAO 피크 이동을 표준 진공 에너지 상수 모형(n→∞)과 비교하여 구별 가능한 서명을 식별한다.
• 원래 DGP 모형을 현재 관측 데이터와 비교하기 위해 SDSS LRG(Luminous Red Galaxy) 샘플에 대한 초보적 분석을 수행한다.
• 고 redshift 스펙트럼 은하 샘플을 활용하여 WFMOS와 같은 향후 설문조사의 제약 조건을 예측하고, Planck와 같은 다른 설문조사와 함께 분석한다.
• 물질 밀도 매개변수(Ω_m)를 사용하여 현재 데이터 하에서 DGP 모형의 타당성을 평가하는 데 핵심 진단 도구로 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 파워 스펙트럼에서의 비어론 음파 진동(BAO)은 수정 중력과 진공 에너지 상수를 우주 팽창의 원인으로서 어떻게 구별할 수 있는가?
• RQ2 DGP 모형(n=2)과 표준 ΛCDM 모형(n→∞) 간의 BAO 피크 위치는 어떻게 다를까?
• RQ3 현재의 SDSS LRG 샘플은 물질 밀도 매개변수 Ω_m에 관해 DGP 모형에 대해 어떤 제약 조건을 둔다?
• RQ4 향후 고 redshift 스펙트럼 설문조사, 예를 들어 WFMOS는 수정 중력 모형에 대한 제약 조건을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 현재 BAO 데이터를 바탕으로 볼 때, 원래 DGP 모형이 어떤 조건에서나 타당하게 유지될 수 있는가?

주요 결과

• 수정 중력 모형(DGP, n=2)은 표준 ΛCDM 모형과 비교해 은하 파워 스펙트럼에서 비어론 음파 진동(BAO) 피크의 위치를 체계적으로 이동시킨다.
• 현재의 SDSS LRG 데이터는 Ω_m가 0.3를 초과하지 않는 한 원래 DGP 모형을 기각한다.
• BAO 서명은 피크 위치의 상이한 이동으로 인해 수정 중력과 진공 에너지 상수 사이를 구별할 수 있는 강력한 관측적 테스트를 제공한다.
• 향후 스펙트럼 설문조사, 예를 들어 WFMOS는 특히 Planck 데이터와 조합될 경우 수정 중력 모형에 대한 제약 조건을 크게 강화할 것으로 예상된다.
• 이 모델 프레임워크에서 매개변수 n은 DGP 모형과 ΛCDM 사이를 연속적으로 연결하여 팽창 역사를 비교할 수 있도록 한다.
• 분석 결과, 고 redshift 은하 샘플이 서로 다른 우주 팽창 모형을 구별하는 데 핵심적인 역할을 할 것임을 입증한다.