[论文解读] Is the Hubble crisis connected with the extinction of dinosaurs?

Leandros Perivolaropoulos|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文提出，约6600万年前有效引力常数 $G_{\rm eff}$ 增加10% 可同时解决哈勃张力问题，并通过增强奥尔特云长周期彗星撞击解释白垩纪-古近纪灭绝事件。蒙特卡洛模拟显示，此类转变使彗星进入行星区域的概率增加超过300%，与增高的陨石坑形成率及希克苏鲁伯撞击事件一致。

ABSTRACT

It has recently been suggested that a gravitational transition of the effective Newton's constant $G_{ m eff}$ by about 10%, taking place 50-150 Myrs ago, can lead to the resolution of both the Hubble crisis and the growth tension of the standard $Λ$CDM model. Hints for such an abrupt transition with weaker gravity at times before the transition, have recently been identified in Tully Fisher galactic mass-velocity data and also in Cepheid SnIa calibrator data. Here we use Monte-Carlo simulations to show that such a transition could significantly increase (by a factor of 3 or more) the number of long period comets (LPCs) impacting the solar system from the Oort cloud (semi-major axis of orbits $\gtrsim 10^4AU$). This increase is consistent with observational evidence from the terrestrial and lunar cratering rates indicating that the impact flux of kilometer sized objects increased by at least a factor of 2 over that last 100 Myrs compared to the long term average. This increase may also be connected with the Chicxulub impactor event that produced the Cretaceous-Tertiary (K-T) extinction of 75% of life on Earth (including dinosaurs) about 66 Myrs ago. We use Monte-Carlo simulations to show that for isotropic Oort cloud comet distribution with initially circular orbits, random velocity perturbations (induced eg by passing stars and/or galactic tidal effects), lead to a deformation of the orbits that increases significantly when $G_{ m eff}$ increases. A 10% increase of $G_{ m eff}$ leads to an increase in the probability of the comets to enter the loss cone and reach the planetary region (pericenter of less than 10AU) by a factor that ranges from 5% (for velocity perturbation much smaller than the comet initial velocity) to more than 300% (for total velocity perturbations comparable with the initial comet velocity).

研究动机与目标

• 调查 $G_{\rm eff}$ 的晚期引力转变是否能同时解释哈勃张力与白垩纪-古近纪灭绝。
• 评估 $G_{\rm eff}$ 增加10% 对奥尔特云长周期彗星动力学的影响。
• 检验与过去1亿年地球与月球陨石坑形成率观测的一致性。
• 探讨宇宙学张力（哈勃张力与增长张力）与天体物理撞击事件之间的关联。
• 利用 $G_{\rm eff}$ 变化下彗星轨道演化过程的蒙特卡洛模拟评估该假说。

提出的方法

• 对初始轨道为圆形的奥尔特云彗星进行蒙特卡洛模拟，施加各向同性的随机速度扰动。
• 将引力转变建模为在5000万至1.5亿年前突然发生10%的 $G_{\rm eff}$ 增加，影响轨道演化与损失锥穿透。
• 采用损失锥判据：近日点距离 < 10 AU，以定义与撞击相关的彗星轨道。
• 计算由于 $G_{\rm eff}$ 转变导致彗星进入行星区域的概率相对增加量。
• 将模拟的撞击率与地球和月球的观测陨石坑数据进行比较。
• 将结果与来自提勒-费舍尔关系和造父变星-超新星Ia数据中提示的晚期 $G_{\rm eff}$ 转变的现有证据相结合。

实验结果

研究问题

• RQ1 6600万年前 $G_{\rm eff}$ 增加10% 是否能解释地球与月球上观测到的长周期彗星撞击增加？
• RQ2 $G_{\rm eff}$ 的瞬时上升在多大程度上增强了奥尔特云彗星进入行星区域的概率？
• RQ3 过去1亿年中，千米级撞击通量观测到的2至3倍增加是否与这种引力转变一致？
• RQ4 同一 $G_{\rm eff}$ 转变是否能同时解决 $\Lambda$CDM 模型中的哈勃张力与增长张力？
• RQ5 此类转变的地球物理与天体物理特征是什么？能否通过古气候或恒星数据加以约束？

主要发现

• $G_{\rm eff}$ 增加10% 使长周期彗星进入行星区域（近日点 < 10 AU）的概率增加5%至300%以上，具体取决于速度扰动的大小。
• 模拟得到的彗星撞击通量增加与过去1亿年中观测到的陨石坑形成率相比长期平均值增加2至3倍的观测结果一致。
• $G_{\rm eff}$ 转变的时间（5000万至1.5亿年前）与6600万年前导致白垩纪-古近纪灭绝的希克苏鲁伯撞击事件时间重叠。
• 此前研究表明，同一 $G_{\rm eff}$ 转变可通过改变超新星Ia的亮度与物质增长速率，解决 $\Lambda$CDM 模型中的哈勃张力与增长张力。
• 潘顿+数据集中存在该转变的线索，尤其体现在遥远星系与邻近星系中造父变星的周期-光度参数差异中。
• 由于太阳光度与行星温度随 $G_{\rm eff}$ 变化而改变，该转变可能在地球古气候记录中留下可探测的痕迹，其变化关系为 $\mathcal{L} \sim G_{\rm eff}^7$。