[论文解读] Constraining Galileon gravity from observational data

Koichi Hirano, Zen Komiya+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文利用物质扰动增长率、超新星Ia、宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）的观测数据，对伽利略引力理论进行约束。研究发现，伽利略模型通过增强牛顿常数从而提高增长速率，导致仅从增长率数据中得到的Ω_{m,0}最佳拟合值显著低于其他探针的结果，使得该模型相较于ΛCDM模型与观测的兼容性更低。

ABSTRACT

We studied the cosmological constraints on the Galileon gravity obtained from observational data of the growth rate of matter density perturbations, the supernovae Ia (SN Ia), the cosmic microwave background (CMB), and baryon acoustic oscillations (BAO). For the same value of the energy density parameter of matter $\Omega_{m,0}$, the growth rate $f$ in Galileon models is enhanced, relative to the $\Lambda$CDM case, because of an increase in Newton's constant. The smaller $\Omega_{m,0}$ is, the more growth rate is suppressed. Therefore, the best fit value of $\Omega_{m,0}$ in the Galileon model, based only the growth rate data, is quite small. This is incompatible with the value of $\Omega_{m,0}$ obtained from the combination of SN Ia, CMB, and BAO data. On the other hand, in the $\Lambda$CDM model, the values of $\Omega_{m,0}$ obtained from different observational data sets are consistent. In the analysis of this paper, we found that the Galileon model is less compatible with observations than the $\Lambda$CDM model. This result seems to be qualitatively the same in most of the generalized Galileon models in which Newton's constant is enhanced.

研究动机与目标

• 评估伽利略引力与当前宇宙学观测的兼容性。
• 研究伽利略模型中增强的牛顿常数如何影响物质密度扰动的增长率。
• 比较伽利略模型中不同观测数据集推断出的物质密度参数Ω_{m,0}的值。
• 评估当结合超新星Ia、CMB、BAO和增长率测量数据时，伽利略模型是否仍具有可行性。
• 判断不同数据集之间Ω_{m,0}值的张力是否削弱了伽利略引力相对于ΛCDM的可行性。

提出的方法

• 利用物质密度扰动增长率的观测数据来约束伽利略引力的参数。
• 将增长率数据与超新星Ia、宇宙微波背景（CMB）和重子声学振荡（BAO）数据联合，以获得联合约束。
• 计算了伽利略模型中的有效牛顿常数，其相对于ΛCDM被增强，从而导致增长速率f增加。
• 通过χ²-似然分析，确定伽利略模型与ΛCDM模型下Ω_{m,0}的最佳拟合值。
• 比较伽利略模型与ΛCDM模型中不同数据集推导出的Ω_{m,0}值的一致性。
• 通过分析增长率数据与其它探针所得Ω_{m,0}值之间的张力，评估模型整体与观测的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与ΛCDM相比，伽利略模型中增强的牛顿常数如何影响物质密度扰动的增长率？
• RQ2 当仅由增长率数据约束时，伽利略模型中Ω_{m,0}的最佳拟合值是多少？
• RQ3 在伽利略模型中，从增长率数据推断出的Ω_{m,0}值与从超新星Ia、CMB和BAO数据推断出的值相比如何？
• RQ4 伽利略模型与观测数据的相容性是否与ΛCDM模型相当？
• RQ5 伽利略模型中不同数据集之间Ω_{m,0}值的张力是否表明其与观测存在根本性不兼容？

主要发现

• 在伽利略模型中，由于有效牛顿常数增强，增长速率f相对于ΛCDM有所提高。
• 仅从增长率数据中得到的Ω_{m,0}最佳拟合值显著低于ΛCDM中的值，这是由于增长速率被增强。
• 在伽利略模型中，从增长率数据推断出的Ω_{m,0}值与从超新星Ia、CMB和BAO联合数据推导出的值不相容。
• 相比之下，在ΛCDM模型中，不同数据集推导出的Ω_{m,0}值是一致的。
• 伽利略模型中不同数据集之间Ω_{m,0}值的张力降低了其整体与观测的兼容性，相较于ΛCDM模型更差。
• 该结果在大多数具有增强牛顿常数的广义伽利略模型中均具有定性上的稳健性。