[論文レビュー] On the rotation curves of galaxies at low and high redshifts

C. E. Navia|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、温度依存の重力枠組みを通じて宇宙の熱的歴史と銀河の回転曲線を結びつけるデイビー重力理論（DGT）を提案する。この理論は、z ≈ 0.77でニュートン的（低下する）とモーディアン的（上昇する）の2つの領域の不連続な遷移を予測し、ダークエネルギーに結びついたデルタ関数に類似したねじり力によって駆動される。この力により、ダークエネルギーを事前に仮定せずに、新たな観測的特徴が得られる。

ABSTRACT

The thermal history of the Universe is included in the Debye Gravitational Theory (DGT) to describe the speed of rotation of the galaxies. The DGT incorporate the temperature of Debye in the entropic gravitational theory. According to the DGT, the expression of the rotation of the galaxies is not a continuous function of the redshift, there is a discontinuity at $\sim 0.77$. According to their redshift, the galaxies form two groups. (a) Those with redshift above 0.77 with declining rotation curves like $R^β$ with $β\leq -0.5$ (Newtonian regime). (b) Those with redshift below 0.77 with rising rotation curves like $R^β$ with $β\geq 0$ (Mondian regime). At $z\sim 0.77 $ an extra boost (Dirac delta-like twisting force) led the galaxies to spin very fast.This scenario is consistent with a mysterious entity such as the dark energy and that at $z\sim 0.77 $, in addition to accelerating the expansion, boosted the rotation of the galaxies again, inducing a transition between the Newtonian regime to the Mondian regime. It is possible to check that the characteristics on galaxy rotations provided by the DGT for a broad range of redshift from $z\sim 4$ to $z=0$ are in agreement with the observations. We believe that the change in the form of rotation of galaxies at $z\sim 0.77$ is new evidence for the hypothesis of dark energy.

研究の動機と目的

• 宇宙の時間的経過にわたる銀河の回転曲線を、熱力学的根拠を持つ重力理論によって説明すること。
• 観測されたz ≈ 0.77における回転曲線の形態的遷移が、ダークエネルギーに結びついた物理的メカニズムに起因するかどうかを調査すること。
• デイビー重力理論（DGT）が、ダークエネルギーを事前に仮定せずに観測された回転曲線の傾向を再現できるかどうかを検証すること。
• デルタ関数に類似した力によって、宇宙の加速の開始と同時に銀河の回転速度が急激に上昇することを説明すること。
• 異なる赤方偏移における銀河の回転曲線の形態を通じて、ダークエネルギーの新たな観測的テストを提供すること。

提案手法

• DGTはデイビー温度をエントロピー的重力に組み込み、ホログラフィックスクリーン上の振動モード（フォノン）を通じて重力的効果をモデル化する。
• 理論は2つの漸近的領域を導出する：高赤方偏移（高温）でニュートン的、低赤方偏移（低温）でモーディアン的。
• z ≈ 0.77でデルタ関数に類似したねじり力によって、回転曲線の挙動における不連続性を導入し、角速度の急激な上昇をモデル化する。
• 宇宙マイクロ波背景の温度の時間的変化を用いて、赤方偏移を温度に変換し、熱的歴史と重力的ダイナミクスを結びつける。
• 理論はz = 0.77におけるダークエネルギー密度をρ_D = 1.78 × 10⁻⁴⁶ GeV⁴として計算し、臨界密度の正規化と整合的である。
• DGTフレームワーク内で、現在の宇宙膨張の加速度をa = 4.1 × 10⁻⁹ m/s²として計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の回転曲線の形態はz ≈ 0.77で不連続な遷移を示し、熱力学的重力モデル内での物理的力によって説明可能か？
• RQ2 デイビー重力理論（DGT）は、ダークエネルギーを事前に仮定せずに、低下する（ニュートン的）および上昇する（モーディアン的）回転曲線を両方再現できるか？
• RQ3 観測されたz ≈ 0.77における遷移は、宇宙の加速の開始と一致しており、ねじり力によって共通の起源を持つとみなせるか？
• RQ4 DGTは、銀河の回転曲線データと熱的歴史のみを用いて、z ≈ 0.77におけるダークエネルギー密度を予測できるか？
• RQ5 DGTは、z ≈ 0.77付近での銀河数の不足にどのような意味を持つのか？これは、銀河力学における物理的遷移の兆候であるか？

主な発見

• DGTは、z ≈ 0.77で銀河の回転曲線挙動に不連続な遷移を予測し、ニュートン的（低下する）とモーディアン的（上昇する）の2領域に分ける。
• z > 0.77の銀河は、R⁻⁰.⁵より速く低下する回転曲線を示し、z ≈ 1.52の高赤方偏移銀河の観測と整合的である。
• z < 0.77の銀河はモーディアン領域にあり、低赤方偏移で平坦化する上昇する回転曲線を示し、近傍銀河の平坦曲線と一致する。
• z = 0.77におけるダークエネルギー密度はρ_D = 1.78 × 10⁻⁴⁶ GeV⁴として計算され、DGTフレームワークと臨界密度正規化に基づく。
• 現在の宇宙膨張の加速度はa = 4.1 × 10⁻⁹ m/s²として予測され、DGTの熱力学的重力の起源と整合的である。
• このモデルは、z ≈ 0.77付近での銀河数の不足を、重力的領域間の遷移の痕跡として説明でき、特に星形成の影響が少ないAGNサンプルで顕著に現れる。