[論文レビュー] Cosmological models with Big rip and Pseudo rip Scenarios in extended theory of gravity

Pratik P. Ray, Sankarsan Tarai+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 64被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、完全流体源と非等方的バイアッヒ V時空を用いて、f(R, T)重力におけるビッグリップ（BR）および疑似リップ（PR）宇宙論的モデルを提案する。両モデルとも、強エネルギー条件の破れを伴う、ファントムに類似した振る舞いを示しており、結合パラメータγが宇宙の進化に顕著な影響を及ぼす。BRモデルは約220億年以内に有限時間の特異性を予測するが、PRモデルは安定で発散しない膨張を示し、現在のEoSパラメータはω ≈ −1.000015であり、遅い時期にはΛCDMと重複する。

ABSTRACT

In this paper, we have presented the big rip and pseudo rip cosmological models in an extended theory of gravity. The matter field is considered to be that of perfect fluid. The geometrical parameters are adjusted in such a manner that it matches the prescriptions given by cosmological observations, to be specific to the range of Hubble tension $(H_{0})$. The models favor phantom behavior. The violation of strong energy conditions are shown in both the models, as it has become essential in an extended gravity. The representative values of the coupling parameter are significant on the evolution of the universe.

研究の動機と目的

• 拡張重力、特にf(R, T)重力の文脈において、将来の有限時間特異性であるビッグリップ（BR）および疑似リップ（PR）を調査すること。
• 宇宙の進化と特異性形成に与える結合パラメータγの役割を分析すること。
• BRおよびPRモデルが、現在の観測的制約（H₀ ≈ 74.3 km/s/kpc）を満たすかどうかをテストすること。
• 拡張重力におけるエネルギー条件（SEC、NEC）の破れと、ファントム的ダイナミクスへの影響を検討すること。
• PRシナリオにおけるEoSパラメータの遅い時期の振る舞いと、ΛCDMモデルとの重複度を評価すること。

提案手法

• f(R, T) = R + 2Λ₀ + 2γT とおき、幾何学と物質の間の非最小結合をγを介して導入したf(R, T)重力作用を定式化する。
• メトリックポテンシャルA(t)、B(t)、C(t)および方向的ハッブルレートHx、Hy、Hzを有する非等方的バイアッヒ V時空において、修正されたアインシュタイン場方程式を導出する。
• エネルギー密度ρと圧力pを有する完全流体のエネルギー運動量テンソルを仮定し、EoSパラメータω = p/ρをハッブルレートおよびその微分の関数として表現する。
• 有限時間特異性と滑らかな将来特異性をモデル化するため、2つのアンザッツハッブルパラメータを導入する：BR用にH(t) = α/(ts − t)、PR用にH(t) = H₀ − H₁e⁻λt。
• エネルギー条件（WEC、NEC、SEC、DEC）を計算し、時間発展を評価することで、ファントム支配領域における破れを検出する。
• 特異性のタイプを特徴づけ、観測データ（j₀ > 0、s₀ ≤ 0）と比較するため、ステートファインダーディアグノスティック対(j, s)を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全流体源と非等方的幾何を伴うf(R, T)重力において、ビッグリップおよび疑似リップのシナリオを実現可能か？
• RQ2 結合パラメータγは、宇宙の進化および将来特異性の発生にどのように影響を与えるか？
• RQ3 BRおよびPRモデルは、現在のハッブルパラメータ（H₀ ≈ 74.3 km/s/kpc）に関する観測的制約を満たすか？
• RQ4 これらのモデルでは、エネルギー条件がどの程度破れるか？また、これはファントム的振る舞いとどのように関連するか？
• RQ5 疑似リップモデルは、EoSパラメータおよびステートファインダーディアグノスティクスによって示されるように、遅い時期にΛCDMモデルと収束するか？

主な発見

• BRモデルは、現在から約220億年以内に有限時間特異性が発生すると予測され、ビッグリップのシナリオと整合的である。
• PRモデルは現在のEoSパラメータがωPR(t₀) ≈ −1.000015であり、観測範囲内に位置し、安定で発散しない膨張を示している。
• 両モデルともω < −1のファントムに類似した振る舞いを示し、拡張重力フレームワークで要求される強エネルギー条件（SEC）の破れを引き起こす。
• ニュートンエネルギー条件（NEC）は両モデルで破れている。BRケースではNEC曲線が時間軸と一致するが、PRケースでは安定を保っている。
• 両モデルとも、遅い時期にステートファインダーディアグノスティック対(j, s)が(1, 0)に収束し、ΛCDMモデルと一致する。
• 結合パラメータγは力学に顕著な影響を及ぼす：γの値が高くなると、特にBRモデルにおいてファントム的振る舞いへの移行が加速される。