[논문 리뷰] Testing Gravity with the CFHTLS-Wide Cosmic Shear Survey and SDSS LRGs

O. Doré, Marie Martig외 8명|ArXiv.org|2007. 12. 10.

Geophysics and Gravity Measurements인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 CFHTLS-Wide 설문의 천체 전단과 SDSS LRG 샘플의 은하 군집 자료를 사용하여 우주 스케일(0.04–10 Mpc)에서 일반 상대성 이론을 검증한다. 일반 상대성 이론에서의 이심이 없음을 발견하였으며, 요카타 타입 수정 모델 하에 중력자 질량을 m ≤ 1.11×10⁻³⁰ eV (95% 신뢰수준)로 제약한다. CFHTLS에서의 제약은 m ≤ 9.40×10⁻³² eV이다.

ABSTRACT

General relativity as one the pillar of modern cosmology has to be thoroughly tested if we want to achieve an accurate cosmology. We present the results from such a test on cosmological scales using cosmic shear and galaxy clustering measurements. We parametrize potential deviation from general relativity as a modification to the cosmological Poisson equation. We consider two models relevant either for some linearized theory of massive gravity or for the physics of extra-dimensions. We use the latest observations from the CFHTLS-Wide survey and the SDSS survey to set our constraints. We do not find any deviation from general relativity on scales between 0.04 and 10 Mpc. We derive constraints on the graviton mass in a restricted class of model.

연구 동기 및 목표

• 대규모 구조 탐사 수 Mittel을 사용하여 우주 스케일(0.04–10 Mpc)에서 일반 상대성 이론의 타당성을 검증하는 것.
• 포아송 방정식의 수정을 통해 일반 상대성 이론에서의 잠재적 이심을 제약하는 것.
• 수정된 중력 이론을 탐사하는 데 있어 천체 전단과 은하 군집 측정치의 일관성을 평가하는 것.
• 특히 요카타 타입 중력 확장 모델 내에서 중력자 질량에 대한 제약을 도출하는 것.
• 저 redshift 에서의 향후 중력 검증을 위해 CFHTLS-Wide와 SDSS 자료의 상호보완성을 평가하는 것.

제안 방법

• 요카타 유사 포텐셜 또는 추가 차원 효과를 포함한 수정된 포아송 방정식을 통한 일반 상대성 이론에서의 매개변수화된 이심.
• CFHTLS-Wide 설문의 천체 전단 측정치를 사용하여 약한 중력 렌즈와 대규모 스케일에서의 물질 파워 스펙트럼을 탐색하는 것.
• 은하 군집 데이터를 SDSS LRG 샘플에서 취득하여 구조의 성장과 밀도 불균형을 제약하는 것.
• 비선형 구조 형성의 영향을 고려하기 위해 리크리에이션 분석에서 Smith 등 (2003)의 HaloFit 방법과 Peacock & Dodds (1996) 모델을 적용하는 것.
• 수정된 중력 매개변수 α와 1/m(중력자 콜모프 파장)를 제약하기 위해 두 탐사 수 Mittel을 통합한 공동 가능성 분석을 수행하는 것.
• 다양한 비선형 모델링 방법과 설문의 천구 커버리지 영향을 비교하여 제약의 탄력성 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 천체 전단과 은하 군집을 통해 탐사된 0.04–10 Mpc 범위의 우주 스케일에서 일반 상대성 이론이 유지되는가?
• RQ2 요카타 타입 중력 수정 모델 하에서 CFHTLS-Wide와 SDSS 자료를 통합하여 도출된 중력자 질량에 대한 제약은 무엇인가?
• RQ3 CFHTLS-Wide의 제약는 천구 커버리지와 민감도 측면에서 SDSS와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ4 이 스케일에서 천체 전단과 은하 군집 측정치는 수정된 중력 모델을 얼마나 잘 제약하는가?
• RQ5 약한 렌즈와 군집 데이터 간의 관측된 일관성이 특정 대체 중력 모델을 배제하거나 제약하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 0.04–10 Mpc 범위에서 천체 전단과 은하 군집 자료가 모두 일반 상대성 이론 예측과 일치하므로 일반 상대성 이론에서의 이심은 관측되지 않았다.
• α = 1이라는 가정 하에, CFHTLS-Wide 자료로부터 95% 신뢰수준에서 중력자 콜모프 파장에 대한 제약은 1/m ≥ 5.71 Mpc이다.
• SDSS LRG 군집 자료에서의 제약는 더 엄격하다: 1/m ≥ 67.6 Mpc이며, 이는 95% 신뢰수준에서 중력자 질량 m ≤ 9.40×10⁻³² eV임을 의미한다.
• CFHTLS-Wide 설문은 95% 신뢰수준에서 m ≤ 1.11×10⁻³⁰ eV로 제약를 제공하지만, 천구 커버리지가 좁아 SDSS보다 덜 엄격하다.
• 결과는 은하 스케일 물리가 일반 상대성 이론에 의해 지배됨을 시사하며, 여기서 사용된 요카타 확장은 원래 암흑물질의 대체 이론으로 제안되었다.
• 천체 전단과 은하 군집 측정치 간의 일관성은 대규모 구조 탐사가 중력 검증에 있어 일관성을 지닌다는 것을 뒷받침하며, 향후 설문 조사에서 각도 스케일 커버리지에서 민감도가 한 수준 향상될 것으로 예상된다.