[論文レビュー] Exact model universe fits type IA supernovae data with no cosmic acceleration

B. M. N. Carter, Ben M. Leith+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、宇宙インフレーション期に生成された低密度・低密度バブルに基づく加速しない宇宙論的モデルを検証し、ダークエネルギーも非バリオン型ダークマターを必要とせず、タイプIa超新星の観測データを標準モデルと同等に説明できることを示している。これは、超新星の明るさの減少が宇宙の加速によるものではなく、系の不均一性に起因する系誤差によるものであるという代替的説明を提供する。

ABSTRACT

The unexpected dimness of Type Ia supernovae at redshifts z <~ 1 has over the past 7 years been seen as an indication that the expansion of the universe is accelerating. A new model cosmology has been proposed by one of us [gr-qc/0503099], based on the idea that our observed universe resides in an underdense bubble remnant from a primordial epoch of cosmic inflation. Although there is no cosmic acceleration, it is claimed that the luminosity distance of type Ia supernovae data will nonetheless fit the new model, due to systematic effects. In this paper the hypothesis is tested statistically against the available type Ia supernovae data by both chi-square and Bayesian methods. The model gives good agreement if the density parameter, Omega_0, is taken to be the density in ordinary baryonic matter only. If low Omega_0 parameter values are accepted, then the model would dispense with both dark energy and non-baryonic dark matter, and an alternative explanation would be required for galaxy rotation curves and dynamical measurements of Omega_0 on the scales of clusters of galaxies.

研究の動機と目的

• 初期宇宙の低密度バブルに基づく加速しない宇宙論的モデルが、タイプIa超新星の観測を説明できるかどうかを検証すること。
• z <~ 1の領域における超新星の明るさの減少が、宇宙の加速ではなく系誤差によって説明できるかどうかを評価すること。
• カイ二乗統計とベイズ的手法を用いて、標準モデルと比較して低密度バブルモデルの統計的妥当性を評価すること。
• ダークエネルギーも非バリオン型ダークマターを導入せず、バリアオン物質のみを含む低オメガ_0（Ω_0）の値が、超新星データとモデルを整合させられるかどうかを評価すること。
• ダークマターやダークエネルギーを排除した場合、銀河の回転曲線やクラスタスケールの動的測定にどのような影響が生じるかを検討すること。

提案手法

• 宇宙インフレーション期に生成された低密度バブルに位置する我々の宇宙を想定し、宇宙の固有の加速を含まない宇宙論的モデルを採用する。
• この不均一なモデルにおける距離の等価距離関係を用いて、超新星の見かけの等級を予測する。
• カイ二乗統計を用いて、モデルの予測と観測されたタイプIa超新星データを比較する。
• ベイズ的手法を用いて、低密度バブルモデルと標準モデルの間で、モデルの証拠を評価する。
• 密度パラメータΩ_0をバリオン物質のみに固定し、この単純化が良い適合をもたらすかどうかをテストする。
• 不均一なモデルの文脈において、距離測定に及ぼす系誤差の影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリアオン物質のみを含む加速しない宇宙モデルが、z <~ 1におけるタイプIa超新星の観測された明るさの減少を説明できるか？
• RQ2 ダークエネルギーを含む標準モデルと比較して、低密度バブルモデルが超新星データに対して統計的に優れた適合を示すか、同等の適合を示すか？
• RQ3 カイ二乗統計とベイズ的手法の両方を用いて、低密度バブルモデルの証拠は何か？
• RQ4 Ω_0（バリオン物質のみ）の低値が、ダークエネルギーを必要とせずに超新星データとの適合性に与える影響は何か？
• RQ5 ダークエネルギーと非バリオン型ダークマターを排除した場合、銀河の回転曲線やクラスタスケールの質量測定にどのような影響が生じるか？

主な発見

• Ω_0をバリオン物質密度に限定した場合、低密度バブルモデルはタイプIa超新星データに対して良好な統計的適合を示す。
• 宇宙の加速やダークエネルギーを必要とせず、標準モデルと同等の適合度を達成する。
• カイ二乗統計とベイズ的手法の両方を用いた統計的検定により、低Ω_0の仮定のもとでモデルの妥当性が支持される。
• モデルは、観測された超新星の明るさの減少が、真の宇宙の加速ではなく、不均一性に起因する系誤差によるものである可能性を示唆する。
• もしこのモデルが受け入れられれば、ダークエネルギーと非バリオン型ダークマターの必要性が排除されるが、その場合、銀河の回転曲線やクラスタ質量測定のための代替的説明が必要になる。
• 結果として、超新星の明るさの減少が宇宙の加速を示すという標準的な解釈は、不均一な宇宙論的モデルの観点から再考されるべきであると考えられる。