On explaining the tension in the observations of the Hubble parameter by the wLTB model

Abstract

Tällä hetkellä universumin laajenemisnopeudessa eli Hubblen parametrin arvossa on havaittu noin 3,6 standardipoikkeaman ero paikallisen (etäisyystikapuut) sekä globaalin (kosminen taustasäteily) mittaustavan välillä. Tässä pro gradu -tutkielmassa esitetään kosmologisesta standardimallista poiketen epähomogeeninen wLTB-malli, jonka avulla kyseistä eroa voidaan selittää. wLTB-mallissa pystytään ratkaisemaan Einsteinin kenttäyhtälöt eksaktisti epähomogeenisessa pallosymmetrisessä tapauksessa, mikä mahdollistaa paikasta riippuvan Hubblen parametrin arvon määrittämisen epähomogeenisen alueen, eli LTB-kuplan sisällä. Osoittautuu, että ympäristöään harvempi kupla kasvattaa paikallista Hubblen vakion arvoa ja voi siten selittää eroa havaintojen välillä. Mielivaltainen epähomogenia eikä mielivaltainen havainnoijan sijainti epähomogenian sisällä ole kuitenkaan sallittu. Tulevaisuuden haasteena on sovittaa homogeniaan kohdistuvat rajoitukset yhteen havaitun Hubblen vakion poik- keaman kanssa.

A tension of 3.6 standard deviation has been observed between the local (distance ladder) and global (cosmic microwave background) measurements in the expansion rate of the universe i.e. the present-day Hubble parameter value H0. In this Master’s Thesis, depart from the Standard Model of Cosmology, an inhomogeneous cosmological wLTB model is introduced to explain the observed tension. The wLTB model enables one to solve the Einstein’s field equations exactly in an inhomogeneous but spherically symmetric case. This makes it possible to determine the current Hubble parameter value inside an inhomogeneous area called LTB bubble. It turns out that an underdense bubble increases the local Hubble parameter value and thus makes the wLTB model a possible candidate that can explain the Hubble parameter tension. However, arbitrary inhomogeneities as well as observer’s arbitrary locations inside the bubble are not allowed. In the future, the challenge is to fit the restrictions for the inhomogeneity and the Hubble parameter observational data together.