[논문 리뷰] Cosmological parameters from large scale structure observations

B. Novosyadlyj, Ruth Durrer외 3명|arXiv (Cornell University)|1999. 12. 24.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 은하 은하단 파wer 스펙트럼, 특이 운동, Ly-α 숲 분포, CMB 이방성도를 포함한 광범위한 데이터셋으로부터 천체역학적 파rameter를 제약하는 데 카이제곱 최소화 방법을 사용한다. 데이터에 가장 잘 맞는 모델은 질량이 있는 중성자가 포함된 기울기 있는 ΛMDM 모델이며, 이는 Ωₘ = 0.41 ± 0.11, n = 1.12 ± 0.10, h = 0.70 ± 0.12를 도출한다. 이는 저h CDM 모델이 높은 신뢰도로 배제됨을 의미한다.

ABSTRACT

The possibility of determining cosmological parameters on the basis of a wide set of observational data including the Abell-ACO cluster power spectrum and mass function, peculiar velocities of galaxies, the distribution of Ly-$α$ clouds and CMB temperature fluctuations is analyzed. Using a $χ^2$ minimization method, assuming $Ω_Λ+Ω_{ m{matter}} =1 $ and no contribution from gravity waves, we found that a tilted $Λ$MDM model with one sort of massive neutrinos and the parameters $n=1.12\pm 0.10$, $Ω_m=0.41\pm 0.11$ ($Ω_Λ=0.59\pm0.11$), $Ω_{cdm}=0.31\pm 0.15$, $Ω_ν=0.059\pm 0.028$, $Ω_b=0.039\pm 0.014$ and $h=0.70\pm 0.12$ matches observational data best. The 1$σ$ (68.3%) confidence limits on each cosmological parameter, which are obtained by marginalizing over the other parameters, are $0.82\le n\le1.39$, $0.19\leΩ_m\le 1$ ($0\leΩ_Λ\le 0.81$), $0\leΩ_ν\le 0.17$, $0.021\le Ω_b\le 0.13$ and $0.38\le h\le 0.85$ $1.5\le b_{cl}\le 3.5$. Here $b_{cl}$ is the cluster bias parameter. The best-fit parameters for 31 models which are inside of $1σ$ range of the best model are presented. It is shown also that observational data set used here rules out the class of CDM models with $h\ge 0.5$, scale invariant primordial power spectrum, zero cosmological constant and spatial curvature at very high confidence level, $>99.99%$. The corresponding class of MDM models are ruled out at $\sim 95%$ C.L.

연구 동기 및 목표

• 대규모 구조 관측의 종합적 세트를 사용하여 천체역학적 파라미터를 결정하기.
• 관측 데이터에 대한 ΛCDM 및 MDM 모델의 타당성을 시험하기.
• 중성자 밀도, 스펙트럼 지수, 허블 파라미터에 대한 제약 조건 평가하기.
• 현재 데이터에 의해 표준 CDM 모델이 어느 정도의 신뢰 수준에서 배제되는지 평가하기.
• 핵심 천체역학적 파라미터에 대한 민감도 분석을 통해 1σ 신뢰 구간 제공하기.

제안 방법

• 이론적 예측를 다양한 탐사 수단의 관측 데이터와 비교하기 위해 χ² 최소화 기법을 적용한다.
• 분석은 ΩΛ + Ωmatter = 1을 가정하고 중력파 기여를 배제한다.
• 자료 출처로는 Abell-ACO 은하단 파워 스펙트럼, 은하의 특이 운동, Ly-α 숲 분포, CMB 온도 불균일도가 포함된다.
• 모델은 한 종류의 질량이 있는 중성자를 포함하며, 기울기 있는 초기 파워 스펙트럼(n ≠ 1)을 允허한다.
• 모든 다른 파라미터에 대한 민감도 분석을 통해 각 천체역학적 파라미터의 1σ 신뢰 구간을 유도한다.
• 은하단 편향 파라미터 bcl은 피팅 과정에서 자유 파라미터로 간주된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 구조 관측의 통합 데이터셋에 가장 잘 맞는 천체역학 모델은 무엇인가?
• RQ2 기타 파라미터에 대해 민감도 분석을 수행했을 때, n, Ωₘ, h, Ων, Ωb 파라미터는 얼마나 제약을 받는가?
• RQ3 현재 관측 결과가 h ≥ 0.5 이며 ΩΛ = 0인 표준 CDM 모델을 어느 정도 배제하는가?
• RQ4 유사한 파라미터를 가진 MDM 모델은 어느 정도의 신뢰 수준에서 배제되는가?
• RQ5 관측된 은하단 편향과 질량 함수는 ΛMDM 모델을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 최적의 피팅 모델은 질량이 있는 중성자를 포함한 기울기 있는 ΛMDM 모델이며, 이는 n = 1.12 ± 0.10 및 Ωₘ = 0.41 ± 0.11을 도출한다.
• 허블 파라미터는 h = 0.70 ± 0.12로 제약되며, 1σ 범위는 0.38 ≤ h ≤ 0.85이다.
• 바리온 밀도는 Ωb = 0.039 ± 0.014로 산정되며, 1σ 범위는 0.021 ≤ Ωb ≤ 0.13이다.
• 중성자 밀도는 Ων = 0.059 ± 0.028로 제약되며, 1σ 상한선은 0.17이다.
• 모델은 h ≥ 0.5, ΩΛ = 0, 등척성 스펙트럼을 가진 CDM 모델을 99.99% 이상의 신뢰 수준에서 배제한다.
• 유사한 파라미터를 가진 MDM 모델은 약 95%의 신뢰 수준에서 배제된다.