[论文解读] Time variability of the gravitational constant and Type Ia supernovae

Luca Amendola, Stefano Corasaniti+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 8

一句话总结

本文研究了引力常数（G）的缓慢时间变化是否能够调和Ia型超新星（SNe Ia）观测与开放、零Λ宇宙之间的矛盾。通过在时变G的框架下建立SNe Ia的亮度距离模型，作者表明，过去G的适度且实验允许的增加可调和SNe Ia数据与开放宇宙模型之间的张力，为暗能量提供了一种潜在的替代方案。

ABSTRACT

We investigate to which extent a time variation of the gravitational constant or other fundamental constants affects the best fit of the Hubble diagram of type Ia supernovae. In particular, we show that a slow increase of $G$ in the past, below experimental constraints, can reconcile the SNe Ia observations with an open zero-$Λ$ universe.

研究动机与目标

• 评估时间变引力常数（G）对Ia型超新星哈勃图的影响。
• 检验过去G的缓慢增加是否能调和SNe Ia观测与零宇宙学常数的宇宙学模型之间的差异。
• 确定此类G的变化是否与当前对G时间变化的实验约束一致。
• 探讨时变G模型是否能在不引入暗能量的情况下重现SNe Ia的观测亮度距离。

提出的方法

• 本研究在具有时间变引力常数G(t)的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙中建立Ia型超新星的亮度距离模型。
• 假设G(t)随宇宙时间缓慢增加，且与当前对G变化的实验限制一致。
• 通过在包含G(t)的弗里德曼方程中采用幂律或对数时间依赖形式，推导亮度距离。
• 将理论预测的哈勃图与观测到的SNe Ia数据进行比较，以评估拟合优度。
• 分析聚焦于开放宇宙情形（Ω₀ < 1）且Λ = 0，评估时变G是否能重现SNe Ia的观测昏暗现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 时变引力常数能否调和SNe Ia观测与开放、零Λ宇宙之间的矛盾？
• RQ2 G的缓慢增加如何影响Ia型超新星的亮度距离？
• RQ3 时变G模型是否与当前对G时间变化的实验限制一致？
• RQ4 时变G是否能消除解释SNe Ia观测昏暗现象对暗能量的需求？

主要发现

• 宇宙时间中G的缓慢增加可调和SNe Ia观测与开放、零Λ宇宙之间的矛盾。
• G所需的变化幅度低于当前实验约束，使该模型在现象学上可行。
• 在时变G模型中，亮度距离可与观测到的SNe Ia哈勃图相匹配，而无需引入宇宙学常数。
• 该模型通过G随时间变化而非宇宙加速膨胀来解释遥远超新星的表观昏暗，为暗能量提供了一种可行的替代方案。