[논문 리뷰] Viable exact model universe without dark energy from primordial inflation

David L. Wiltshire|arXiv (Cornell University)|2005. 03. 23.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 초기 인플레이션에서 유래한 초수평부 편미분을 전체 아인슈타인 방정식에 통합함으로써 어두운 에너지가 없는 정확한 우주론 모델을 제안한다. 측정된 현재의 밀도 파라미터(Ω₀)와 허블 상수(H₀)만을 사용하여 관측된 등방성 거리와 유사한 결과를 도출하며, 현재는 약간 감속하는 것으로 나타나지만 어두운 에너지 모델과 유사하게 125억 년 ±0.7/−0.9년의 우주의 나이를 예측한다.

ABSTRACT

A model of the observed universe, using solutions to the full Einstein equations, is developed on the basis of the suggestion of Kolb, Matarrese, Notari and Riotto [hep-th/0503117] that cosmological evolution must take into account super-horizon sized remnant perturbations from an epoch of primordial inflation. The new cosmology, with no dark energy at the present epoch, is fully described in terms of two already measured parameters: the present density parameter, Omega_0, and the Hubble constant, H_0. From these parameters all other cosmological parameters can be derived, including an exact luminosity distance and the expansion age of the universe. Although the observable universe is marginally decelerating at the present epoch, due to systematic factors in the luminosity distance relation the inferred luminosity distances will nonetheless very closely mimic a model with the same density, Omega_0, but a vacuum energy 1-Omega_0, in accord with the evidence of distant type Ia supernovae. For Omega_0 = 0.23+-0.05 and H_0=71 +4/-3 km/sec/Mpc the universe is predicted to be 12.5 +0.7/-0.9 billion years old.

연구 동기 및 목표

• 어두운 에너지를 도입하지 않고도 관측된 등방성 거리 데이터를 설명하는 우주론 모델을 개발하는 것.
• 초기 인플레이션에서 남은 초수평부 잔류 편미분을 전체 아인슈타인 방정식에 통합하는 것.
• 등방성 거리 및 나이를 포함한 모든 우주론적 파라미터를 오직 두 가지 측정 가능한 관측량인 Ω₀와 H₀에서 유도하는 것.
• 등방성 거리 관계의 체계적 요소가 표준 모델에서 어두운 에너지의 존재를 둔탁하게 보이게 할 수 있음을 보여주는 것.
• 어두운 에너지와 같은 가공된 성분 없이도 관측 제약 조건을 충족하는 정확한 아인슈타인 방정식의 해를 제공하는 것.

제안 방법

• 초기 인플레이션에서 유도된 초기 조건, 특히 여전히 수평선을 초월한 파장의 편미분을 포함하여 전체 아인슈타인 방정식을 해석하는 것.
• 우주의 진화를 완전히 결정하기 위해 오직 현재의 밀도 파라미터(Ω₀)와 허블 상수(H₀)만을 입력 파rameter로 사용하는 것.
• 비선형적이고 초수평부 편미분을 고려한 정확한 해로부터 정확한 등방성 거리 관계를 유도하는 것.
• 감속하는 우주에서도 등방성 거리 관계의 체계적 요소가 가속 팽창의 모습을 유도할 수 있는지 분석하는 것.
• 예측된 등방성 거리와 제1형 초신성에서 관측된 결과를 비교하여 모델을 데이터에 대비 검증하는 것.
• 유도된 파rameter를 사용하여 정확한 해에서 직접적으로 우주의 팽창 연령을 계산하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어두운 에너지가 없는 모델이 제1형 초신성에서 관측된 등방성 거리 데이터를 재현할 수 있는가?
• RQ2 초기 인플레이션에서 유래한 초수평부 편미분은 우주의 대규모 기하학과 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 등방성 거리 관계의 체계적 요소가 표준 우주론 모델에서 어두운 에너지의 존재를 둔탁하게 보이게 할 정도로 어느 정도의 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ4 전체 아인슈타인 방정식의 해 내에서 오직 Ω₀와 H₀만을 사용하여 우주의 팽창 역사와 나이를 완전히 결정할 수 있는가?
• RQ5 초기 편미분을 고려한 어두운 에너지가 없는 모델에서 예측되는 우주의 나이는 얼마인가?

주요 결과

• 모델은 어두운 에너지를 요구하지 않고 관측된 우주를 묘사하는 정확한 아인슈타인 방정식의 해를 생성한다.
• 현재는 약간 감속하는 것으로 나타나지만, 모델의 등방성 거리 관계는 밀도 파라미터가 1−Ω₀인 표준 ΛCDM 모델과 매우 유사하게 나타난다.
• Ω₀ = 0.23 ± 0.05 및 H₀ = 71 +4/−3 km/sec/Mpc일 경우, 모델은 우주의 나이를 125억 년 ±0.7/−0.9년으로 예측한다.
• 등방성 거리 및 팽창 연령를 포함한 모든 우주론적 파라미터는 오직 측정된 두 개의 파rameter인 Ω₀와 H₀에서 직접 유도된다.
• 모델은 감속하는 우주에서도 등방성 거리 관계의 체계적 요소가 가속 팽창의 오해를 유도할 수 있음을 보여준다.
• 이 해는 어두운 에너지와 같은 관측되지 않은 성분을 도입하지 않더라도 현재의 제1형 초신성 관측 제약 조건과 완전히 일치한다.