[論文レビュー] A dark energy scenario consistent with GW170817 in theories beyond Horndeski

Ryotaro Kase, Shinji Tsujikawa|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、GLPV理論におけるk-仮想ラグランジアンに三次および四次ガリレオン相互作用を組み合わせることで、GW170817と整合する晩期の宇宙加速を実現するダークエネルギーモデルを提案する。モデルは、$w_{\text{DE}} < -1$ を含む広範なダークエネルギー状態方程式の進化を可能にしつつ、$\alpha_H$ および $c_t = 1$ の制約と両立可能である。

ABSTRACT

The Gleyzes-Langlois-Piazza-Vernizzi (GLPV) theories up to quartic order are the general scheme of scalar-tensor theories allowing the possibility for realizing the tensor propagation speed $c_t$ equivalent to 1 on the isotropic cosmological background. We propose a dark energy model in which the late-time cosmic acceleration occurs by a simple k-essence Lagrangian analogous to the ghost condensate with cubic and quartic Galileons in the framework of GLPV theories. We show that a wide variety of the variation of the dark energy equation of state $w_{ m DE}$ including the entry to the region $w_{ m DE} 1$. For the case in which the deviation of $w_{ m DE}$ from $-1$ is significant at a later cosmological epoch, the values of $\mu$ and $\Sigma$ tend to be larger at low redshifts. We also find that our dark energy model can be consistent with the bounds on the deviation parameter $\alpha_{ m H}$ from Horndeski theories arising from the modification of gravitational law inside massive objects.

研究の動機と目的

• 高次のGLPV理論における晩期の宇宙加速を支持するダークエネルギーモデルの構築を目的とする。
• GW170817による重力波速度制約を満たすため、$c_t = 1$ を保証することを目的とする。
• 宇宙の歴史にわたるダークエネルギー状態方程式 $w_{\text{DE}}$ の振る舞いを調査し、特に $w_{\text{DE}} < -1$ の可能性を検討することを目的とする。
• 特に質量を持つ物体における重力の修正に関連するホルンデスキ理論からの $\alpha_H$ の制約と両立するかを検証することを目的とする。

提案手法

• GLPVフレームワーク内において、四次までの項までを含む、三次および四次ガリレオン相互作用を有するk-仮想ラグランジアンを用いる。
• 理論は、等方的宇宙背景においてテンソルの伝播速度 $c_t = 1$ を保証するように構築され、GW170817の制約を満たす。
• 作用からスカラー場の力学を導出し、有効なダークエネルギー状態方程式 $w_{\text{DE}}$ を場のエネルギー密度と圧力から計算する。
• 質量を持つ物体内での重力ポテンシャルの修正を分析することで、$\alpha_H$ の制約との整合性を評価する。
• 赤方偏移にわたる $w_{\text{DE}}$、$\mu$、$\Sigma$ の時間的依存性を数値的に評価する。
• 特に $w_{\text{DE}}$ が特異に変化し、特に $w_{\text{DE}} < -1$ のパラメータ空間の領域をスキャンする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GLPV理論におけるk-仮想モデルは、$c_t = 1$ を維持しながら晩期の宇宙加速を実現できるか？
• RQ2 このモデルにおいて、特に $w_{\text{DE}} < -1$ に向かう場合に、ダークエネルギー状態方程式 $w_{\text{DE}}$ はどのように進化するか？
• RQ3 $w_{\text{DE}}$ が $-1$ から著しく逸脱する場合、低赤方偏移における $\mu$ および $\Sigma$ の影響は何か？
• RQ4 質量を持つ物体における重力の修正に関連する $\alpha_H$ の制約と、このモデルは両立可能か？

主な発見

• このモデルは、GLPV理論におけるk-仮想ラグランジアンに三次および四次ガリレオン相互作用を組み合わせることで、晩期の宇宙加速を実現する。
• モデルのパrameterに応じて、$w_{\text{DE}} < -1$ を含む広範な状態方程式の進化が可能であり、$w_{\text{DE}}$ が著しく変化することがある。
• $w_{\text{DE}}$ が晩期に $-1$ から著しく逸脱する場合、低赤方偏移において $\mu$ および $\Sigma$ が増加する。
• 特に質量を持つ物体における重力の法則の修正に関連するホルンデスキ理論からの $\alpha_H$ の制約と両立する。
• 等方的背景において、テンソル伝播速度 $c_t$ が1に保たれ、GW170817の制約を満たす。
• $c_t = 1$ と豊かな $w_{\text{DE}}$ の進化、特にパラメータが $-1$ を越える現象（phantom crossing）を統合する、実現可能なダークエネルギーのフレームワークを提供する。