bruce bassett - constraining exotic cosmologies

Constraining  Exo-c  Cosmologies  Bruce  Basse4  

                       SAAO,  AIMS    &    UCT  

Conclusions      

•  Ge?ng  convincing  data  constraints  is                        much,  much  harder  for  exo-c  models  than  for  the  “standard  model”  

•  There  are  few  data  in  cosmology  that  are  truly  model-­‐independent    

•  One  should  be  cau-ous  and  more  demanding  when  evalua-ng  claims  that  exo-c  models  are  ruled  out  from  observa-onal  data  

A  crude  characterisa-on  of  science  is  that  it  is  the  circle:  

Create  a  (new)  theory  that  fits                            the  exis-ng  data.  Make                                new  predic-ons.  

Take  new  data  

1  

2  3  Test  the    Theory  predic-ons  Against  the  new  data  

In  the  beginning  there  is  either…  

           data  and  no  theory  (e.g.  astronomy)    

or    

 theory  and  no  data  (e.g.  quantum  gravity)  

Specialisa-on  in  one  even  when  there  are  both  data  and  theory  

1994,    140  cita-ons  

In  prac-ce…  

σi  di  

ti  

χ2  ~  9  di  

If  the  data  depends  on  the  theory/model,  then  they    have  to  be  analysed  together,  self-­‐consistently.    

Example  1:  Type  Ia  Supernovae  

 SEARCH                      TEMPLATE                      DIFFERENCE  

g  

r  

i  

SDSS  Manual  Scan  Interface  

Lightcurves

ugr lightcurve fits to templates SDSS SN Survey

Cons-tu-on    09  ΩM=0.281±0.026 (+BAO)    

Evolution of the Hubble Diagram 1996-2009

SCP  96    ΩΜ=0.94±0.31 (flat)  

High-­‐z  /  SCP    98  ΩM=0.28±0.10 (flat)    

ESSENCE+SNLS    07  ΩM=0.267±0.023 (flat)  

Luminosity  Distance  

€

dL (z) =(1+ z)H0 −Ωk

sin H0 −Ωkdz'H(z')∫

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

Distance  Modulus  

€

µ(z) = 5log10dL (z)Mpc

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ + 25 + K

So…  

•  SNIa  distances  seem  cosmology  independent  

•  But  there  is  a  problem…peculiar  veloci-es  

•  In  LTB  models,  the  peculiar  veloci-es  are  generically  much  larger  than  in  FLRW.  This  changes  the  “true”  redshii  and  has  to  be  included  in  doing  any  fi?ng.  

ESSENCE+SNLS    07  

Loops  -­‐  A  neat  test  of  LTB?  

Mustapha    et  al,  1998  Clarkson,  BB,  Liu,  2008  

Example  2:  Baryon  Acous-c  Oscilla-ons  

Bashinsky  and  Bertschinger,  2001  

White,  Eisenstein,  Seo  

Evolu-on  of  a  Spherical  Overdensity  

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

   Baryon  Density                                Photon  Density                                        Mass  Profiles    

Baryon  Acous-c  Peak  

Sta-s-cal  Standard  Rulers  

The  power  of  BAO  

Us  Tangen-al  

Radial  

Assump-ons  that  go  into  the  BAO  

1.  Greens  func-on  (and  sound  horizon)  are  isotropic  

2.  Sound  horizon  is  a  known  size  3.  Know  the  true  dA  –  z  rela-on  4.  Galaxy  bias  effects  can  be  ignored/removed    

5.  Nonlinear  effects  and  peculiar  veloci-es  are  small  and  can  be  calibrated  by  N-­‐body  simula-ons  

BAO  and  Nonlinearity  

Crocce  et  al  

Nonlinearity    moves  the    peak    to  smaller  scales  and    broadens  it.  

Strongly  dependent    On  amount  of  nonlinearity  And  strength  of  gravity  

Linear  FLRW    Predic-on    

Nonlinear  FLRW  Predic-on    

None  of  these  are  true  for  LTB  

Don’t  use  the  DV  results  blindly!  

A  test  of  the  Copernican  Principle  

•  If  we  compare  constraints  from  the  radial  and  transverse  BAO  and  SNIa,  assuming  FLRW,  we  would  not  expect  them  to  agree  if  the  true  model  is  LTB  

•  …because  the  expansion  rates  in  the  radial  and  transverse  direc-ons  are  different.    

Clarkson,  BB,  Liu,  2008  

What  about  the  CMB?  

The  key  ques-on  for  the  

CMB  is:  “are  there  coherent  acous-c  oscilla-ons  for  a  generic    

on-­‐centre  LTB  observer?”  (cf.  ac-ve  sources)    

Urres-lla  et  al,  2008  

Conclusions      

•  Ge?ng  convincing  data  constraints  is                        much,  much  harder  for  exo-c  models  than  for  the  “standard  model”  

•  There  are  few  data  in  cosmology  that  are  truly  model-­‐independent    

•  One  should  be  cau-ous  and  more  demanding  when  evalua-ng  claims  that  exo-c  models  are  ruled  out  from  observa-onal  data  

h4p://abduc-t.com/files/ar-cles/3d_art/image_01.jpg