[論文レビュー] A Born-Infeld action for dark energy and dark matter

Máximo Bañados|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2008

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ダークエネルギーとダークマターを統合的に扱う枠組みとして、アインシュタイン重力に結合したボルン＝インフェルト作用素を提案する。この理論は、初期には物質に類似した振る舞い（w=0）から、後期には宇宙定数（w=−1）へと動的に遷移するが、銀河スケールで漸近的に平坦な回転曲線を再現でき、標準的なダークセクター・モデルの幾何学的代替案を提供する。

ABSTRACT

We argue that Einstein gravity coupled to a Born-Infeld theory provides an attractive candidate to represent dark matter and dark energy. For cosmological models, the Born-Infeld field has an equation of state which interpolates between matter, w=0 (small times), and a cosmological constant w=-1 (large times). On galactic scales, the Born-Infeld field predicts asymptotically flat rotation curves.

研究の動機と目的

• 1つの場の理論内でダークマターとダークエネルギーの幾何的統合を提唱すること。
• 後期の状態方程式 w=−1 を動的に実現することにより、宇宙定数問題に対処すること。
• 粒子的ダークマターを必要とせずに観測された銀河の回転曲線を再現すること。
• ボルン＝インフェルト場が、宇宙論的状況で物質的および真空中の振る舞いの間を自然に遷移させられるかを検討すること。

提案手法

• スカラー場のボルン＝インフェルト作用素をアインシュタイン重力に結合する。
• ボルン＝インフェルトラグランジアンから有効エネルギー運動量テンソルを導出し、状態方程式を特定する。
• 場の宇宙論的進化を分析し、初期には w=0（物質）から後期には w=−1（宇宙定数）への遷移を示す。
• 銀河ポテンシャル内での場の球対称解を計算し、回転曲線を導出する。
• 場の非線形力学を用いて、観測と整合する平坦な回転曲線を生成する。
• 場の性質を宇宙論的および局所的天体物理学的状況で比較し、二重のダークセクター的役割を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのボルン＝インフェルト場が、物質支配的からダークエネルギー支配的への観測された遷移を再現できるか？
• RQ2 粒子的ダークマターを必要とせずに、ボルン＝インフェルト場が銀河内で漸近的に平坦な回転曲線を自然に生成できるか？
• RQ3 ボルン＝インフェルト場の有効状態方程式は、宇宙時間にわたってどのように変化するか？
• RQ4 ボルン＝インフェルト作用素の非線形構造が、宇宙論的および銀河的力学にどのように影響を与えるか？
• RQ5 追加の自由度を導入せずに、場の力学がダークエネルギーとダークマターを統合できるか？

主な発見

• ボルン＝インフェルト場は、初期には w=0 から後期には w=−1 へと状態方程式が変化し、観測された宇宙の進化と一致する。
• 銀河スケールでは、場が漸近的に平坦な回転曲線を生成し、観測データと整合する。
• 幾何的非線形性によって高エネルギー振る舞いを自然に抑制するため、粒子的ダークマターの必要性を回避できる。
• 場の力学は非線形作用素によって支配され、真空エネルギーの安定化を自然に実現する。
• 微調整を要しない幾何学的メカニズムによって、ダークエネルギーを提供する。
• 同じ場が、異なるエネルギー領域における非線形応答によって、ダークマターとダークエネルギーの統合が生じる。