[論文レビュー] CMB Anisotropies in Brane Worlds

K. Koyama|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2003

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、5次元Weylテンソルがbrane上に及ぼす非対称応力のモデル化を通じて、Randall-Sundrum brane worldにおけるCMB非等温性を計算する新しい低エネルギー近似法を開発している。Weyl非対称応力によるダーク放射の効果が、標準的な断熱/等温混合モデルとは著しく異なるCMBスペクトルをもたらすことが示され、バルク重力が宇宙論的観測に与える明確な印を強調している。

ABSTRACT

We propose a new formulation to calculate CMB spectrum in Randall Sundrum brane worlds based on recent progresses in solving the bulk geometry using a low energy approximation. The evolution of the anisotropic stress imprinted on the brane by the 5D Weyl tensor is calculated, which is essential to predict CMB anisotropies. An impact of the dark radiation on CMB spectrum is calculated by this formula. The resultant spectrum can be quite different from the prediction of simple mixtures of adiabatic and isocurvature perturbations due to Weyl anisotropic stress.

研究の動機と目的

• Randall-Sundrum brane worldにおけるCMB非等温性を計算するための低エネルギー近似フレームワークを開発すること。
• バルク重力の主要な特徴たる5次元Weylテンソルがbrane上に及ぼす非対称応力の時間発展をモデル化すること。
• Weyl曲率に起因するダーク放射がCMBパワー スペクトルに与える影響を評価すること。
• brane worldにおけるCMB予測が、標準的な断熱/等温混合モデルと著しく異なるかどうかを特定すること。

提案手法

• 低エネルギー極限における5次元バルク幾何の解法の最新進展を活用し、有効なbrane動力学を導出する。
• 非局所的バルク効果を記述する5次元Weylテンソルから、brane上における非対称応力の時間発展を導出する。
• Weyl非対称応力をbrane上におけるCMBボルツマン方程式の源項として組み込む。
• Weylテンソル応力に起因するダーク放射寄与を含め、対応するCMBパワー スペクトルを計算する。
• 予測されたCMB非等温性スペクトルを、断熱および等温摂動の単純な混合モデルと比較する。
• 5次元バルクの非局所的効果を4次元brane宇宙論に取り扱うために摂動的アプローチを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元Weylテンソルはbrane上にどのように非対称応力を誘発し、宇宙論的膨張の過程でどのように発展するか？
• RQ2 Weylテンソルに起因するダーク放射がCMBパワー スペクトルに与える定量的影響は何か？
• RQ3 brane worldにおけるCMB非等温性スペクトルは、単純な断熱および等温モードの重ね合わせに基づく予測とどのような点で相違するか？
• RQ4 低エネルギー近似は、Randall-SundrumモデルにおけるCMB非等温性の本質的特徴を的確に捉えうるか？

主な発見

• 5次元Weylテンソルに起因するbrane上における非対称応力は、標準的な流体近似とは異なる方法で発展する。
• Weylテンソルに起因するダーク放射は、従来のモデルと比較してCMBパワー スペクトルに顕著な変化をもたらす。
• 得られたCMB非等温性スペクトルは、単純な断熱および等温モードの重ね合わせでは再現できない特徴を示す。
• 低エネルギー近似は、brane-world宇宙論におけるCMBスペクトルを計算するための実用的で効果的なフレームワークを提供する。
• Weyl非対称応力は、大スケールにおけるCMBを修正する新たな物理的メカニズムを導入する。
• モデルは、brane-worldのシナリオと標準的なΛCDM宇宙論を区別できる観測可能なCMBのずれを予測する。