[论文解读] Searching for modified gravity with baryon oscillations: from SDSS to WFMOS

Kazuhiro Yamamoto, Bruce A. Bassett+3 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 2

一句话总结

本文研究了星系功率谱中的重子声学振荡（BAO）是否能够区分修正引力与宇宙学常数作为宇宙加速膨胀的解释。通过一个参数化模型，其中n=2对应DGP模型，n→∞对应ΛCDM，发现修正引力会改变BAO峰位置；当前SDSS数据除非Ω_m > 0.3，否则不支持原始DGP模型，未来如WFMOS等巡天预计将显著收紧约束。

ABSTRACT

We discuss how the baryon acoustic oscillation (BAO) signatures in galaxy power spectrum can distinguish the two different models to explain the cosmic acceleration, the modified gravity and the cosmological constant. For this purpose, we consider a model characterized by a parameter n, which corresponds to the Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) model if n=2 and reduces to a spatially-flat cosmological model with a cosmological constant for n=\\infty. We find that the different expansion history of the modified gravity model systematically shift the peak positions of BAO. A preliminary analysis using the current SDSS LRG sample indicates that the original DGP model is disfavored unless the matter density parameter exceeds 0.3. The constraints will be strongly tightened with future spectroscopic samples of galaxies at high redshifts. WFMOS, in collaboration with other surveys such as Planck, will powerfully constrain modified gravity alternatives to dark energy as the explanation of cosmic acceleration.

研究动机与目标

• 确定星系功率谱中的重子声学振荡（BAO）是否能够区分修正引力与宇宙学常数作为宇宙加速驱动力。
• 评估德瓦利-加巴达德泽-波拉蒂（Dvali-Gabadadze-Porrati，DGP）模型作为暗能量替代方案的可行性，基于BAO信号。
• 评估未来高红移光谱巡天（如WFMOS）将如何改善对修正引力模型的约束。
• 分析参数n的变化对膨胀历史及功率谱中BAO峰位置的影响。

提出的方法

• 使用以n为索引的参数化模型族来模拟宇宙的膨胀历史，其中n=2对应DGP模型，n→∞对应空间平坦的ΛCDM模型。
• 计算星系功率谱，并在此模型框架下识别重子声学振荡（BAO）峰的位置。
• 将修正引力（n=2）下的预测BAO峰位移与标准宇宙学常数情形（n→∞）进行比较，以识别可区分的特征。
• 对SDSS LRG（明亮红巨星）样本进行初步分析，以检验DGP模型与当前观测数据的符合程度。
• 结合高红转移光谱星系样本，利用WFMOS及其他未来巡天（如Planck）投影未来约束。
• 将物质密度参数（Ω_m）作为关键诊断工具，评估在当前数据下DGP模型的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系功率谱中的重子声学振荡能否区分修正引力与宇宙学常数作为宇宙加速解释？
• RQ2 DGP模型（n=2）与标准ΛCDM模型（n→∞）的BAO峰位置有何差异？
• RQ3 当前SDSS LRG样本对DGP模型施加了何种约束，特别是关于物质密度参数Ω_m？
• RQ4 未来高红移光谱巡天（如WFMOS）在多大程度上能提升对修正引力模型的约束能力？
• RQ5 在当前BAO数据下，原始DGP模型在何种条件下仍具可行性？

主要发现

• 修正引力模型（DGP，n=2）与标准ΛCDM模型相比，系统性地改变了星系功率谱中重子声学振荡（BAO）峰的位置。
• 当前SDSS LRG数据除非物质密度参数Ω_m超过0.3，否则不支持原始DGP模型。
• BAO信号提供了一种稳健的观测检验方法，可区分修正引力与宇宙学常数，因其峰位移具有显著差异。
• 未来光谱巡天（如WFMOS），尤其是与Planck数据结合时，预计能显著收紧对修正引力模型的约束。
• 该模型框架中的参数n有效实现了DGP模型与ΛCDM之间的插值，从而能够连续比较膨胀历史。
• 分析表明，高红移星系样本对于区分宇宙加速的替代模型至关重要。