[论文解读] Confronting the IR Fixed Point Cosmology with High Redshift Supernova Data

Eloisa Bentivegna, A. Bonanno+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用 15

一句话总结

本文利用高红移Ia型超新星数据检验了红外固定点宇宙学模型——一种由于重整化群流导致牛顿常数和宇宙学常数随时间演化的模型。结果表明，该固定点模型在拟合数据方面与标准宇宙学模型相当，且具有更强的贝叶斯支持；若该固定点转变发生在红移 z < 0.5 的范围内，未来SNAP任务数据可探测到该转变的可观测信号。

ABSTRACT

We use high-redshift type Ia supernova data in order to test the infrared (IR) fixed point model of the late Universe which was proposed recently. It describes a cosmology with a time dependent cosmological constant and Newton constant whose dynamics arises from an underlying renormalization group flow near an IR-attractive fixed point. Without any finetuning or quintessence field it yields $\\Omega_{\ m M}=\\Omega_{\\Lambda}=1/2$. Its characteristic $t^{4/3}$- dependence of the scale factor leads to a distance-redshift relation whose predictions are compared to the supernova data. According to the $\\chi^2$ test, the fixed point model reproduces the data at least as well as the best-fit (Friedmann-Robertson-Walker) standard cosmology. Using median statistics and a Bayesian model selection criterion we show that the fixed point cosmology has even better chances of being the correct theory of the late Universe than any standard cosmology. Furthermore, we extend the original fixed point model by assuming that the fixed point epoch is preceded by an era with constant $G$ and $\\Lambda$. By means of a Monte Carlo simulation we show that the data expected from the forthcoming SNAP satellite mission could detect the transition to the fixed point regime provided it took place at a redshift of less than about 0.5.

研究动机与目标

• 将红外固定点宇宙学模型与高红移Ia型超新星观测进行对比检验。
• 评估该固定点模型是否能如标准弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙学模型一样，自然地得出 Ω_m = Ω_Λ = 1/2 而无需精细调节。
• 利用中位数统计和贝叶斯模型选择等统计标准，评估该模型的预测能力。
• 将固定点模型扩展为包含一个G和Λ恒定的早期阶段，并评估通过未来任务（如SNAP）探测该转变的可行性。

提出的方法

• 该模型假设时间依赖的宇宙学常数和牛顿常数，其源于靠近红外吸引固定点的底层重整化群流。
• 推导出具有 t^{4/3} 依赖关系的尺度因子演化，从而得出与超新星数据比较的特定距离-红移关系。
• 应用 χ² 检验将该模型的预测与观测到的高红移超新星光度距离进行比较。
• 采用中位数统计和贝叶斯模型选择方法，比较固定点模型与标准宇宙学模型的似然性。
• 使用蒙特卡洛模拟预测未来SNAP卫星任务探测固定点演化转变的灵敏度。
• 扩展模型假设存在一个G和Λ恒定的前期阶段，并评估在红移范围 z < 0.5 内该转变可能被观测到的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 红外固定点宇宙学模型（其常数随时间变化）是否能与标准宇宙学模型一样，准确再现观测到的高红移Ia型超新星光度距离？
• RQ2 与标准弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙学模型相比，固定点模型的相对贝叶斯证据如何？
• RQ3 如果固定点转变发生在红移 z < 0.5 的范围内，未来SNAP卫星任务能否探测到该转变？
• RQ4 包含一个G和Λ恒定的前期阶段是否会影响模型与超新星数据的一致性？
• RQ5 未来超新星巡天对固定点时代开始的敏感度预期如何？

主要发现

• 根据 χ² 检验，红外固定点模型对高红移超新星数据的拟合程度至少与最佳拟合的标准宇宙学模型相当。
• 利用中位数统计和贝叶斯模型选择，固定点宇宙学模型被证明是晚期宇宙正确理论的概率高于任何标准宇宙学模型。
• 该模型无需精细调节或引入标量场（如第五元素）即可自然地得出 Ω_m = Ω_Λ = 1/2。
• 尺度因子的 t^{4/3} 标度导致的距离-红移关系与当前超新星观测结果一致。
• 蒙特卡洛模拟表明，若转变发生在红移小于约 0.5 的范围内，SNAP卫星任务可探测到向固定点演化阶段的转变。
• 包含前期G和Λ恒定阶段的扩展模型仍与数据一致，并可对固定点转变的时间提出可检验的预测。