[論文レビュー] Charged Dark Energy Stars in a Finch-Skea Spacetime

Manuel Malaver, Rajan Iyer|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、フィンチ＝スキー計量を用いて、重力ポテンシャルおよび電場の特定の形を仮定することで、アインシュタイン＝マクスウェル場方程式を解くことにより、球対称な電荷を帯びたダークエネルギー星の新しいモデルを提案する。これらのモデルは、内部の物理量が正しく定義されており、正則で滑らかであるが、因果性および強エネルギー条件が破られている。これは、直接的なダークエネルギーの検出を必要とせずに宇宙の加速膨張を説明する可能性を示唆している。

ABSTRACT

In this paper we obtained some spherically stellar configurations that represent new models of dark energy stars specifying particular forms for gravitational potential and the electric field intensity which allows solve the Einstein-Maxwell field equations. We have chosen the metric potential proposed by Finch and Skea (1989). We found that the radial pressure, the anisotropy factor, energy density, metric coefficients, mass function, charge density are regular and well behaved in the stellar interior but the causality conditions and of strong energy are not satisfied. These models have great application in physics and cosmology due to the fact that several independent observations indicate that the universe is in a phase of accelerated expansion which can be explained by the presence of dark energy that has not been detected

研究の動機と目的

• 直接的なダークエネルギーの検出を必要とせずに、宇宙の加速膨張を説明する新しい理論的モデルを構築すること。
• 非ゼロの電荷およびダークエネルギーに類似た状態方程式を有するフィンチ＝スキー計量下での星状構造を探索すること。
• 星内部におけるエネルギー密度、圧力、電荷密度などの主要な物理量の物理的正則性を保証すること。
• 提案されたモデル内での物理的エネルギー条件（因果性および強エネルギー条件）の妥当性を評価すること。
• 修正重力理論およびダークエネルギーの現象論的記述におけるコンパクト天体の理解に貢献すること。

提案手法

• 星内部の球対称な幾何学的構造を記述するために、フィンチ＝スキー計量を採用する。
• アインシュタイン＝マクスウェル方程式系を閉じるため、重力ポテンシャルおよび電場強度の特定の関数形を指定する。
• これらの仮定の下で、結合されたアインシュタイン＝マクスウェル場方程式を解き、計量係数、エネルギー密度、動径方向および接線方向の圧力、電荷密度の式を導出する。
• 星の中心および境界において、すべての物理的量が正則で有限であることを保証する。
• エネルギー密度の単調減少および正の圧力といった物理的制約を適用して、星モデルの妥当性を検証する。
• 物理的整合性のため、因果性条件（|dp/dr| ≤ c²）および強エネルギー条件（ρ + p_r + 2p_t ≥ 0）を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 指定されたポテンシャルおよび電場プロファイルを用いたフィンチ＝スキー計量において、実用的な電荷を帯びたダークエネルギー星のモデルを構築できるか？
• RQ2 得られた星状構造は、内部において正しく定義され、滑らかに振る舞う物理的量を示すか？
• RQ3 これらのモデルは、因果性や強エネルギー条件といった基本的なエネルギー条件をどの程度満たすか？
• RQ4 電荷およびダークエネルギーに類似た状態方程式は、星の安定性および構造にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このようなモデルは、ダークエネルギーの直接的検出を要さずに、宇宙の加速膨張を説明する有効な代替解釈を提供できるか？

主な発見

• 動径方向圧力、エネルギー密度、非対称性因子、計量係数、質量関数、電荷密度は、星内部全域で正則で滑らかに振る舞う。
• モデルは、有限で正のエネルギー密度であり、表面に向かってエネルギー密度が減少するという物理的要求を満たしている。
• 因果性条件が破られており、星の一部において音速が光速を超えることを示唆している。
• 強エネルギー条件も破られており、これはダークエネルギー支配の宇宙論的モデルと整合的である。
• 電場強度および電荷密度は、星内部で有限であり、物理的に妥当な値をとっている。
• 解は20ページ、9枚の図を含み、テキストは以前の研究（arXiv:2106.09520）と著しく重複しており、段階的発展であると示唆されている。