[論文レビュー] Negative Energies and a Constantly Accelerating Flat Universe

Frederic Henry-Couannier, A. Tilquin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、離散的対称性反転共役計量を備えた修正一般相対性理論の枠組みを提案する。この枠組みにより、量子不安定性を伴わずに負エネルギー状態を再生可能とし、常に加速する平坦な宇宙を予測する。モデルは標準の ΛCDM モデルと同程度に超新星およびCMBデータに適合するが、将来の SNAP/JDEM 任務によって 3σ の有意水準で区別可能であると予想される。

ABSTRACT

It has been shown that in the context of General Relativity (GR) enriched with a new set of discrete symmetry reversal conjugate metrics, negative energy states can be rehabilitated while avoiding the well-known instability issues. We review here some cosmological implications of the model and confront them with the supernovae and CMB data. The predicted flat universe constantly accelerated expansion phase is found to be in rather good agreement with the most recent cosmological data.

研究の動機と目的

• 相対論的枠組み内での量子場理論における負エネルギー状態および真空発散の長年の問題を解決すること。
• 宇宙定数問題および正負エネルギー領域を結合することに起因する不安定性問題に対処すること。
• 離散的対称性反転共役計量を通じて、安定で平坦かつ常に加速する宇宙を実現する幾何的メカニズムを提唱すること。
• 特に Ia 型超新星および CMB 測定を含む観測データと比較して、このモデルの ΛCDM に対する妥当性を評価すること。
• 将来の超新星調査（SNLS、SNAP/JDEM）が、このモデルと標準的宇宙論をどの程度の感度で区別できるかを評価すること。

提案手法

• 時間反転および座標変換を介して結びつく、共役慣性座標系と二重計量テンソル $ g_{\mu\nu} $ および $ \tilde{g}_{\mu\nu} $ を生成する新しい離散的対称性の導入。
• 正エネルギー世界（$ I_M $）と負エネルギー世界（$ \tilde{I}_M $）のそれぞれに独立した作用を定義し、それらをそれぞれの計量に結合する。
• 特別な座標系において $ \tilde{g}_{\mu\nu} = g^{\mu\nu} $ を仮定することで、離散的対称性反転に対して不変な総作用から修正アインシュタイン方程式を導出する。
• 修正重力枠組みを用いて、$ \alpha $ をデータにフィットさせる自由パラメータとして持つスケール因子の進化 $ a \propto t^\alpha $ を導出する。
• 光度距離関係 $ d_L = \frac{1}{H_0} \frac{\alpha}{\alpha-1} \left( (1+z)^{1-1/\alpha} - 1 \right)(1+z) $ を用いて、Riess のゴールドデータおよびSCPデータにモデルをフィットし、系統誤差としての固有明るさの進化を許容する。
• 将来の SNLS および SNAP/JDEM 実験をシミュレートし、モデルの統計的および系統誤差への感受性を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負エネルギー状態は、エネルギー条件を破壊したり真空不安定性を引き起こさずに、相対論的量子場理論枠組み内で一貫して再導入可能か？
• RQ2 離散的対称性反転を伴う共役計量枠組みは、自然に安定で平坦かつ常に加速する宇宙をもたらすか？
• RQ3 スケール因子が $ a \propto t^\alpha $ のべき則に従うというモデルの予測は、現在の超新星データに対して ΛCDM モデルと比較してどの程度適合するか？
• RQ4 Ia 型超新星の固有明るさの進化（$ \partial m_s / \partial z = 0.15 $）といった系統誤差は、モデルの予測にどの程度の感受性を示すか？
• RQ5 SNLS や SNAP/JDEM といった将来の超新星調査は、この常に加速するモデルと標準的 ΛCDM 宇宙論をどの程度の感度で区別できるか？

主な発見

• モデルはスケール因子が $ a \propto t^{1.41 \pm 0.13} $ に従う、常に加速する平坦な宇宙を予測する。これは ΛCDM の予測 $ \alpha = 1 $ から 4.5σ 離れている。
• Riess のゴールドサンプルへのフィットでは 2% の信頼水準で整合性があり、これは $ \Lambda $CDM における事前情報なしの 11% CL と同等である。
• SCP サンプルへのフィットでは 59% CL の整合性を示し、$ \Lambda $CDM の 56% CL よりわずかに優れている。
• 固有明るさの進化（$ \partial m_s / \partial z = 0.15 $）に起因する系統誤差は、$ +0.5/-0.3 $ の系統的シフトを引き起こし、標準的フィッティングよりも系統誤差に敏感であることが示された。
• SNLS シミュレーションでは $ \alpha = 1.26 \pm 0.04 \text{ (統計)} \pm 0.3 \text{ (系統)} $ が得られ、$ \Lambda $CDM と 3σ で区別可能である。
• SNAP/JDEM 任務では $ \alpha = 1.24 \pm 0.02 \text{ (統計)} \pm 0.04 \text{ (系統)} $ が得られ、系統誤差が 2% のレベルに制御されるため、モデルと $ \Lambda $CDM の明確な区別が可能となる。