[論文レビュー] Testing General Relativity at Cosmological Scales using ISiTGR

Jason Dossett, Mustapha Ishak+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、赤紅移に分けた項とスケールに滑らかに変化する項を組み合わせた新しいハイブリッドパラメータ化を用いて、修正重力のモデル化により宇宙論的スケールでの一般相対性理論の検証を可能にする公開ソフトウェアパッケージ ISiTGR を紹介する。σ₈ と修正重力パラメータの間には強いデゲネラシーが見られ、今後の高精度宇宙論において重要なデゲネラシーの課題を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

The testing of general relativity at cosmological scales has become a possible and timely endeavor that is not only motivated by the pressing question of cosmic acceleration but also by the proposals of some extensions to general relativity that would manifest themselves at large scales of distance. We analyze here correlations between modified gravity growth parameters and some core cosmological parameters using the latest cosmological data sets including the refined Cosmic Evolution Survey 3D weak lensing. We provide parametrized modified growth equations and their evolution. We implement known functional and binning approaches, and propose a new hybrid approach to evolve modified gravity parameters in redshift (time) and scale. The hybrid parametrization combines a binned redshift dependence and a smooth evolution in scale avoiding a jump in the matter power spectrum. The formalism developed to test the consistency of current and future data with general relativity is implemented in a package that we make publicly available and call ISiTGR (Integrated Software in Testing General Relativity), an integrated set of modified modules for the publicly available packages CosmoMC and CAMB, including a modified version of the integrated Sachs-Wolfe-galaxy cross correlation module of Ho et al and a new weak-lensing likelihood module for the refined HST-COSMOS weak lensing tomography data. We obtain parameter constraints and correlation coefficients finding that modified gravity parameters are significantly correlated with \sigma_8 and mildly correlated with \Omega_m, for all evolution methods. The degeneracies between \sigma_8 and modified gravity parameters are found to be substantial for the functional form and also for some specific bins in the hybrid and binned methods indicating that these degeneracies will need to be taken into consideration when using future high precision data.

研究の動機と目的

• 現在および将来の宇宙論的データが大スケールで一般相対性理論と整合しているかを検証すること。
• σ₈ や Ωₘ などの主要な宇宙論的パラメータと修正重力パラメータの間のデゲネラシーの課題に対処すること。
• 最新のデータを用いて修正重力モデルをテストするための柔軟で公開可能なフレームワークの開発。
• 赤紅移のバイニングとスケールの滑らかな時間的・スケール的変化を組み合わせることで、物質パワースペクトルにおける不連続性を回避する新しいハイブリッドパラメータ化の実装。
• 修正重力モジュールを CosmoMC および CAMB に統合した包括的なソフトウェアパイプラインを提供し、信頼性の高い尤度解析を可能にすること。

提案手法

• 物質パワースペクトルにおけるジャンプを回避するため、赤紅移のバイニングとスケールにおける滑らかな変化を組み合わせたハイブリッドパラメータ化を提案。
• 修正重力モデルのテストを目的とした、時間的・スケール的依存性を持つパラメータ化された修正成長方程式とその時間的・スケール的進化を構築。
• CosmoMC および CAMB にカスタムモジュールを統合し、修正重力形式を実装。特に、再設計された統合サックス＝ウォルフ効果－銀河相互相関モジュールを含む。
• 洗練された HST-COSMOS 3D 弱強度レンズトモグラフィー観測データに特化した新しい弱強度レンズ尤度モジュールを統合。
• 関数的、バイニング、ハイブリッドのアプローチを用いて、赤紅移およびスケールにわたる修正重力パラメータの進化を実装。
• 最新の宇宙論的データセット（洗練された HST-COSMOS 弱強度レンズデータを含む）を用いて、修正重力パラメータを制約。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 修正重力成長パラメータは、σ₈ や Ωₘ などのコアな宇宙論的パラメータとどのように相関するか？
• RQ2 関数的、バイニング、ハイブリッドの異なる進化手法が、修正重力と σ₈ 間のデゲネラシー構造に与える影響は何か？
• RQ3 ハイブリッドパラメータ化は、物質パワースペクトルにおける不連続性を効果的に回避しつつ、柔軟性を維持できるか？
• RQ4 現在の宇宙論的データは、宇宙論的スケールにおける一般相対性理論からのずれをどのように制約するか？
• RQ5 将来の高精度宇宙論実験において、修正重力パラメータと σ₈ 間のデゲネラシーが示す意味は何か？

主な発見

• すべての進化手法において、修正重力パラメータと σ₈ の間に顕著な相関が見られ、強いデゲネラシーが示された。
• 修正重力パラメータと Ωₘ 間にはやや弱い相関が確認され、Ωₘ が二次的ではあるが無視できない影響を持つことが示唆された。
• 関数的形およびハイブリッド・バイニング手法における特定の赤紅移チャンクにおいて、σ₈ と修正重力パラメータの間のデゲネラシーが顕著に顕在した。
• ハイブリッドパラメータ化は、バイニングされた赤紅移と滑らかなスケール進化を組み合わせることで、物質パワースペクトルにおけるジャンプを効果的に回避した。
• ISiTGR ソフトウェアパッケージは公開され、CosmoMC および CAMB とシームレスに統合可能であり、一般相対性理論の再現可能で拡張可能なテストを可能にした。
• 結果は、将来の高精度宇宙論的データを解釈する際、σ₈－修正重力デゲネラシーを考慮に入れる必要があることを強調している。