[논문 리뷰] Large scale structure formation in mixed dark matter models with a cosmological constant

R. Valdarnini, Tina Kahniashvili외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 04. 06.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 우주상수(Λ)와 냉각 및 난류 성분을 포함한 혼합 암흑물질(MDM)로 구성된 평탄한 우주론 모델에서 대규모 구조 형성에 대해 연구한다. 주로 질량이 있는 중성자로 구성된 MDM를 중심으로 하며, 선형화된 아인슈타인-볼츠만 방정식과 COBE 정규화된 스펙트럼을 사용하여, Ω_H/Ω_M ≤ 0.2 이하이고 Ω_M ≈ 0.45–0.75인 모델이 선형 대규모 데이터와 은하단 밀도와 가장 잘 일치함을 발견하였다. 이는 h=0.5일 때 1σ 신뢰수준에서 표준 MDM 모델을 배제한다.

ABSTRACT

We study linear power spectra and formation of large scale structures in flat cosmological models with $Λ\ge 0$ and cold plus hot dark matter components (MLM). The hot component consists of massive neutrinos with cosmological density $Ω_H$. The linearized Einstein-Boltzmann equations for the evolution of the metric and density perturbations are integrated for a set of values of the cosmological parameters. For all the considered models we assume a scale-invariant primeval spectrum. The density weighted final linear power spectra are normalized to the four year COBE data and have been used to constrain the parameter space by a comparison of linear predictions with the current observational data on large scales. The consistency of MLM predictions with the observable data set is best obtained for models with one specie of massive neutrinos and $Ω_H/Ω_M \le0.2$. For this class of MLM models we obtain constraints from linear data on the present matter density. Consistency with the estimated cluster abundance can be achieved for COBE normalized MLM models with $Ω_H/Ω_M\le0.2$ and $ 0.45 \le Ω_M \le 0.75$ for $h=0.5$. If $h=0.7$ then $ 0.3 \le Ω_M \le 0.5$. These constraints are at $1σ$ level and standard MDM models are clearly ruled out. We note that the range of allowed values for $Ω_M$, that we obtain for MLM models from linear analysis, is also approximately the same range that is needed in order to consistently satisfy a variety of independent observational constraints.

연구 동기 및 목표

• 우주상수(Λ)와 질량이 있는 중성자를 포함한 혼합 암흑물질(MDM) 모델이 대규모 구조 관측과 일치하는지 평가하기.
• COBE 네 해 데이터에 정규화된 선형 스펙트럼을 사용하여 ΛMDM 모델의 매개변수 공간을 제약하기.
• 이러한 모델이 선형 대규모 구조와 관측된 은하단 밀도 양측 모두를 동시에 만족시킬 수 있는지 평가하기.
• 1σ 신뢰수준에서 Ω_M와 핫 암흑물질 비율 Ω_H/Ω_M의 허용 범위를 도출하여 현재 관측 데이터와 비교하기.

제안 방법

• 스케일 불변의 초기 스펙트럼을 가진 평탄한 ΛMDM 모델에서 계량 및 밀도 편미분에 대한 선형화된 아인슈타인-볼츠만 방정식을 푸는 것.
• Ω_M, Ω_H/Ω_M, 허블 파라미터 h 등의 다양한 우주론적 매개변수에 대해 밀도 가중 선형 스펙트럼을 계산하는 것.
• 관측된 우주 마이크파온도 이방이성과 일치시키기 위해 최종 스펙트럼을 네 해 COBE 데이터에 정규화하는 것.
• 선형 예측을 대규모 구조 데이터(예: 은하 군집)와 비교하여 모델 매개변수를 제약하는 것.
• 가용한 은하단 밀도와의 일치성을 평가하여 타당한 매개변수 공간을 추가로 제약하는 것.
• 1σ 신뢰수준 분석을 사용하여 Ω_M와 핫 암흑물질 비율 Ω_H/Ω_M에 대한 제약 조건을 도출하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ΛMDM 모델에서 COBE 정규화된 데이터와 일치하는 선형 스펙트럼을 제공하는 Ω_M와 Ω_H/Ω_M의 범위는 무엇인가요?
• RQ2 질량이 있는 중성자를 포함한 ΛMDM 모델이 선형 대규모 구조 관측과 관측된 은하단 밀도를 동시에 만족시킬 수 있나요?
• RQ3 선형 데이터로부터 유도된 Ω_M 제약 조건은 별개의 관측 제약 조건과 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ4 최근의 ΛMDM 제약 조건과 관측 데이터를 고려할 때, 표준 MDM 모델은 어느 정도까지 타당한가요?
• RQ5 허블 파라미터 h의 변화가 ΛMDM 모델의 허용 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치나요?

주요 결과

• 한 종류의 질량이 있는 중성자를 포함하고 있으며, Ω_H/Ω_M ≤ 0.2인 모델이 현재의 대규모 구조 데이터와 가장 잘 일치한다.
• h = 0.5일 때, 1σ 신뢰수준에서 Ω_M의 허용 범위는 0.45 ≤ Ω_M ≤ 0.75이며, 이는 은하단 밀도 제약 조건과 일치한다.
• h = 0.7일 때, 허용 범위는 0.3 ≤ Ω_M ≤ 0.5로 좁아진다.
• 선형 데이터와 은하단 밀도의 병합 제약 조건에 의해 표준 MDM 모델은 명백히 배제된다.
• 선형 분석에서 유도된 Ω_M 값의 범위는 다른 독립적인 관측 탐사에서의 제약 조건과 매우 유사하게 일치한다.
• 결과적으로, 낮은 핫 암흑물질 비율을 가진 ΛMDM 모델이 현재의 대규모 구조 데이터에 의해 강하게 지지된다.