[論文レビュー] Cosmic evolution in $f(Q,T)$ gravity: Exploring a higher-order time-dependent function of deceleration parameter with observational constraints

Madhur Khurana, Himanshu Chaudhary+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、観測データ（CC、SNIa、BAO、CMB、GRB、Q）を用いてモデルパラメータを制約することで、$f(Q,T)$重力における立方時間依存の減速パラメータを提案し、遅い時刻における宇宙の加速をモデル化する。モデルは現在の減速パラメータが $q_0 \approx -1$ であると示し、超加速を示唆しており、Planck 2018の結果とより良好に一致するが、統計的基準では依然として$\Lambda$CDMモデルがわずかに優れている。

ABSTRACT

In this research paper, we explore a well-motivated parametrization of the time-dependent deceleration parameter, characterized by a cubic form, within the context of late time cosmic acceleration. The current analysis is based on the $f(Q,T)$ gravity theory, by considering the background metric as the homogeneous and isotropic Friedmann Lemaître Robertson Walker (FLRW) metric. Investigating the model reveals intriguing features of the late universe. To constrain the model, we use the recent observational datasets, including cosmic chronometer (CC), Supernovae (SNIa), Baryon Acoustic Oscillation (BAO), Cosmic Microwave Background Radiation (CMB), Gamma Ray Burst (GRB), and Quasar (Q) datasets. The joint analysis of these datasets results in tighter constraints for the model parameters, enabling us to discuss both the physical and geometrical aspects of the model. Moreover, we determine the present values of the deceleration parameter ($q_0$), the Hubble parameter ($H_0$), and the transition redshift ($z_t$) from deceleration to acceleration ensuring consistency with some recent results of Planck 2018. Our statistical analysis yields highly improved results, surpassing those obtained in previous investigations. Overall, this study presents valuable insights into the higher order $q(t)$ model and its implications for late-time cosmic acceleration, shedding light on the nature of the late universe.

研究の動機と目的

• $f(Q,T)$重力における高次の時間依存減速パラメータを探索し、遅い時刻における宇宙加速をよりよく記述すること。
• 宇宙時計（CC）、SNIa、BAO、CMB、GRB、およびクェーサーを含む最近の多様な観測データセットを用いて、モデルパラメータを制約すること。
• 現在の宇宙論的観測、特にPlanck 2018の結果と物理的・幾何学的整合性を評価すること。
• $\Lambda$CDMモデルと比較して、$q_0$、$H_0$、および遷移赤方偏移 $z_t$ の予測を評価すること。
• 統計的基準（$\chi^2$、AIC、BIC、および適合度指標）を用いてモデルの性能を評価すること。

提案手法

• $f(Q,T)$重力におけるFLRW計量フレームワーク内で、減速パラメータ $q(t) = a_0 + a_1 t + a_2 t^2 + a_3 t^3$ の立方関数的形を仮定する。
• $Q$ を非計量スカラー、$T$ をエネルギー運動量テンソルのトレースとする$f(Q,T)$重力における場の運動方程式を導出する。
• 修正された宇宙論的方程式を数値的に解き、赤方偏移の関数としてハッブルパラメータと距離モジュラスを表現する。
• 6つのデータセット（宇宙時計（CC）、Ia型超新星（SNIa）、BAO、CMB、GRB、クェーサー（Q））を用いた連合観測解析を実施する。
• モデルパラメータを制約し、統計指標を計算するためにマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）技術を適用する。
• 動的診断（ジャーブパラメータ、ステートファインダ $\{r,s\}$、および $Om(z)$ 臨界診断）を用いて、モデルの宇宙論的挙動を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $f(Q,T)$重力における立方時間依存減速パラメータは、宇宙膨張の進化にどのように影響を与えるか？
• RQ2 多プローブ観測データによる制約を受けると、モデルパラメータの最適適合値は何か？
• RQ3 このモデルは、Planck 2018の観測結果と整合する減速から加速への遷移を予測するか？
• RQ4 統計的適合度と動的挙動の観点から、$\Lambda$CDMモデルと比較して、このモデルはどのように異なるか？
• RQ5 このモデルの予測は、宇宙歴史にわたる状態方程式、エネルギー密度、および圧力にどのような意味を持つのか？

主な発見

• モデルは現在の減速パラメータが $q_0 \approx -1$ であると予測しており、これは$\Lambda$CDMモデルの $q_0 \approx -0.5$ よりも著しく低い値であり、超加速膨張を示唆している。
• 減速から加速への遷移赤方偏移は $z_t \approx 0.65$ と推定され、Planck 2018の制約と整合的である。
• 赤方偏移 $z=0$ におけるハッブルパラメータは $H_0 \approx 67.5$ km/s/Mpc に制約され、Planck 2018の結果と一致している。
• 赤方偏移 $z=0$ におけるジャーブパラメータは、$\Lambda$CDMの値1よりも高く、すべてのデータセットで $j \approx 1.2$ と予測されており、標準的力学からの強い逸脱を示している。
• $Om(z)$ 臨界診断では、CC、SNIa、および統合データセットでは $\Omega_{m0}$ よりも下に位置しており、持続的なファントム的状態を示唆しているが、BAOデータではクインテッセンス的挙動への遷移が観測されている。
• 統計的分析では、立方 $q(t)$ を持つ $f(Q,T)$ モデルは、以前のモデルよりも適合度が向上しているが、$\chi^2$、AIC、BIC の観点では依然として$\Lambda$CDMモデルがわずかに優れており、適合度と複雑さのバランスが取れていると示唆している。