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

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

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 암흑 에너지를 포함하지 않은 비균질 우주 모델을 제안하며, 우리 관측 가능한 우주는 공간적으로 평탄한 배경에서 밀도가 낮고 프랙탈 구조를 띠는 기포로 간주된다. 초기 인플레이션과 천체물리 관측치 재분석을 통해 가속화 없이도 초신성 관측치와 대규모 구조를 설명하며, 조기 구조 형성과 일치하는 15.3 ± 0.7 Gyr의 연령을 예측한다.

ABSTRACT

A new model of the observed universe, using solutions to the full Einstein equations, is developed from the hypothesis that our observable universe is an underdense bubble, with an internally inhomogeneous fractal bubble distribution of bound matter systems, in a spatially flat bulk universe. It is argued on the basis of primordial inflation and resulting structure formation, that the clocks of the isotropic observers in average galaxies coincide with clocks defined by the true surfaces of matter homogeneity of the bulk universe, rather than the comoving clocks at average spatial positions in the underdense bubble geometry, which are in voids. This understanding requires a systematic reanalysis of all observed quantities in cosmology. I begin such a reanalysis by giving a model of the average geometry of the universe, which depends on two measured parameters: the present matter density parameter, Omega_m, and the Hubble constant, H_0. The observable universe is not accelerating. Nonetheless, inferred luminosity distances are larger than naively expected, in accord with the evidence of distant type Ia supernovae. The predicted age of the universe is 15.3 +/-0.7 Gyr. The expansion age is larger than in competing models, and may account for observed structure formation at large redshifts.

연구 동기 및 목표

• 암흑 에너지를 도입하지 않고도 관측된 광도 거리와 구조 형성 현상을 설명할 수 있는 우주론적 모델을 개발하는 것.
• 관측된 우주의 가속화와 암흑 에너지의 부재 사이의 갈등을 비균질 프레임워크에서 천체물리 관측치를 재해석함으로써 해결하는 것.
• 관측된 우주의 연령과 조기 대규모 구조 형성 간의 일치를 위해 시계 동기화와 기하학적 분석을 재검토하는 것.
• 이 모델에서 허블 상수와 물질 밀도 파라미터만으로도 관측 가능한 우주의 평균 기하학을 정의할 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 공간적으로 평탄한 배경에서 밀도가 낮고 비균일한 프랙탈 기포를 포함하는 공간적으로 평탄한 우주에서 전체 아인슈타인 방정식의 해를 구성하는 것.
• 평균 은하에서의 등방성 관측자와 공백에서의 공동운동 시계 사이의 차이를 명시적으로 구분하며, 진정한 물질 균일성 표면과 일치하는 것은 오직 후자뿐이라고 주장하는 것.
• Ω_m와 H₀로 정의된 평균 기하학을 사용하여 광도 거리, 연령, 적색편이 진화 등의 천체물리 관측치를 재분석하는 것.
• 초기 인플레이션의 프레임워크를 적용하여 관측된 비균일한 구조와 시계 동기화를 정당화하는 것.
• 허블 상수와 물질 밀도 파라미터를 유일한 입력 매개변수로 사용하여 모델의 평균 팽창 역사 정의하는 것.
• 암흑 에너지나 가속 팽창에 대한 가정 없이도 기하학적·역학적 구조에서 팽창 연령를 유도하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 암흑 에너지가 없는 우주에서 타입 Ia 초신성의 관측된 광도 거리 데이터를 재현할 수 있는가?
• RQ2 공간적으로 평탄한 배경에서 비균일한 물질 분포가 천체물리 시계와 관측치의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 팽창이 가속되지 않지만 조기 구조 형성이 일어나는 모델에서 우주의 예측 연령는 얼마인가?
• RQ4 가속화되지 않은 비균일한 우주에서 관측된 광도 거리가 간단한 기대치를 초과하는 이유는 무엇인가?
• RQ5 은하의 시계 동기화와 공백의 공동운동 시계 간의 비교는 천체물리 측정에 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• 이 모델은 15.3 ± 0.7 Gyr의 우주의 연령를 예측하며, 암흑 에너지를 포함하지 않은 표준 모델보다 훨씬 오래된 것으로 나타난다.
• 가속화 없이도 광도 거리는 예상보다 크며, 이는 타입 Ia 초신성 관측치와 일치한다.
• 이 모델에서의 팽창 연령는 다른 모델보다 높으며, 고적색편이에서 대규모 구조의 존재를 설명할 수 있다.
• 평균 은하에서의 등방성 관측자는 공백의 공동운동 시계와는 달리 진정한 물질 균일성 표면과 일치하는 시간을 경험한다.
• 기하학과 시계 동기화를 재해석함으로써 암흑 에너지를 도입하지 않고도 우주의 가속화로 보이는 현상을 설명할 수 있다.
• 우주의 평균 기하학은 추가적인 자유 매개변수 없이도 측정된 두 매개변수 Ω_m와 H₀로 완전히 결정된다.