[论文解读] Testing Gravity with the CFHTLS-Wide Cosmic Shear Survey and SDSS LRGs

O. Doré, Marie Martig+8 more|ArXiv.org|Dec 10, 2007

Geophysics and Gravity Measurements被引用 14

一句话总结

本研究利用CFHTLS-Wide巡天的宇宙剪影和SDSS LRG样本的星系聚类，在宇宙学尺度（0.04–10 Mpc）上检验广义相对论。结果未发现与广义相对论的偏离，基于Yukawa型修正模型，CFHTLS的引力子质量约束为m ≤ 1.11×10⁻³⁰ eV（95%置信水平），SDSS的约束为m ≤ 9.40×10⁻³² eV。

ABSTRACT

General relativity as one the pillar of modern cosmology has to be thoroughly tested if we want to achieve an accurate cosmology. We present the results from such a test on cosmological scales using cosmic shear and galaxy clustering measurements. We parametrize potential deviation from general relativity as a modification to the cosmological Poisson equation. We consider two models relevant either for some linearized theory of massive gravity or for the physics of extra-dimensions. We use the latest observations from the CFHTLS-Wide survey and the SDSS survey to set our constraints. We do not find any deviation from general relativity on scales between 0.04 and 10 Mpc. We derive constraints on the graviton mass in a restricted class of model.

研究动机与目标

• 利用大尺度结构探针，在宇宙学尺度（0.04–10 Mpc）上检验广义相对论的有效性。
• 通过修正Poisson方程来约束广义相对论可能的偏离。
• 评估宇宙剪影与星系聚类测量在探测修正引力理论方面的一致性。
• 在受限模型类别中，特别是Yukawa型引力扩展中，推导引力子质量的约束。
• 评估CFHTLS-Wide与SDSS数据在低红移引力测试中的互补性。

提出的方法

• 通过修正的Poisson方程参数化广义相对论的偏离，引入Yukawa型势或额外维效应。
• 利用CFHTLS-Wide巡天的宇宙剪影测量，探测大尺度上的弱引力透镜效应和物质功率谱。
• 结合SDSS LRG样本的星系聚类数据，约束结构的增长和密度涨落。
• 在似然分析中采用Smith et al. (2003)的HaloFit模型和Peacock & Dodds (1996)模型，以考虑非线性结构形成的影响。
• 对两种探针进行联合似然分析，以约束修正引力参数α和1/m（引力子康普顿波长）。
• 通过比较不同的非线性建模方案和不同巡天覆盖范围的影响，评估约束结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在0.04至10 Mpc的宇宙学尺度上，基于宇宙剪影和星系聚类探测，广义相对论是否成立？
• RQ2 在Yukawa型引力修正模型下，结合CFHTLS-Wide与SDSS数据，引力子质量的约束是什么？
• RQ3 CFHTLS-Wide的约束与SDSS相比如何，特别是在天空覆盖范围和灵敏度方面？
• RQ4 在这些尺度上，宇宙剪影与星系聚类测量在约束修正引力模型方面的一致性如何？
• RQ5 弱引力透镜与聚类数据之间观察到的一致性，是否可用于排除或约束特定的替代引力模型？

主要发现

• 在0.04–10 Mpc范围内，未观测到广义相对论的显著偏离，宇宙剪影与星系聚类数据均与广义相对论预测一致。
• 在假设α = 1的条件下，引力子康普顿波长的95%置信水平约束为1/m ≥ 5.71 Mpc，来自CFHTLS-Wide数据。
• 来自SDSS LRG聚类数据的约束更紧：1/m ≥ 67.6 Mpc，意味着引力子质量m ≤ 9.40×10⁻³² eV（95%置信水平）。
• CFHTLS-Wide巡天的约束为m ≤ 1.11×10⁻³⁰ eV（95%置信水平），但由于天空覆盖范围较窄，其约束弱于SDSS。
• 结果表明，星系尺度物理仍由广义相对论主导，因为此处采用的Yukawa扩展最初被提出作为暗物质的替代方案。
• 宇宙剪影与星系聚类测量之间的一致性，支持了大尺度结构探针在检验引力理论方面的一致性，未来巡天预计将在角尺度覆盖上使灵敏度提高一个数量级。