[論文レビュー] Dark Energy and Dilaton Cosmology

Hui-Ching Lu, Huang, Z. G.+2 more|ArXiv.org|Sep 30, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、Weylスケーリングされた誘導重力におけるドライソン場宇宙論を、ダークエネルギーの候補として提案し、指数関数的ポテンシャルを用いて加速膨張を駆動する。アインシュタイン方程式の解析的解を導出し、密度摂動の成長が標準モデルよりも速いことが示され、CMBR制約と整合的である。これは、宇宙の加速膨張および構造形成を説明するモデルの妥当性を支持する。

ABSTRACT

We studied the dilaton cosmology based on Weyl-Scaled induced gravity. The potential of dilaton field is taken as exponential form. An analytical solution of Einstein equation is found. The dilaton can be a candidate for dark energy that can explain the accelerated universe. The structure formation is also considered. We find the the evolutive equation of density perturbation, and its growth is quicker than the one in standard model which is consistent with the constraint from CMBR measurements

研究の動機と目的

• Weylスケーリングされた誘導重力におけるドライソン場が、ダークエネルギーの妥当な候補となり得るかを検討すること。
• 解析的解を用いて、ドライソン支配宇宙における構造形成のダイナミクスを調査すること。
• ドライソンモデルにおける密度摂動の成長率を、標準ΛCDMモデルと比較すること。
• CMBR測定からの観測的制約と、モデルの整合性を評価すること。

提案手法

• スカラー場φの非自明なポテンシャルを有するブラウン＝ディック理論を用いて、ジョルダン枠での作用を定式化する。
• 共形変換を適用してジョルダン枠をアインシュタイン枠に写像し、ドライソン場σを導入し、計量をパウリ計量gμνに変換する。
• 解析的解を得るため、ドライソン場の指数関数的ポテンシャルW(σ) = A e^{-βσ}を仮定する。
• 空間的に均一かつ等方的なフリードマン＝ロバートソン＝ウォーカー条件の下で、スケール因子a(t)、ドライソンσ(t)、エネルギー密度ρ(t)の場の運動方程式を導出する。
• 波数ベクトルqに関する縦方向および横方向成分に分解することで、線形密度摂動を分析する。
• 圧力項を無視した物質支配近似下でδ(t)の摂動方程式を解き、標準モデルと成長率を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Weylスケーリングされた誘導重力におけるドライソン場は、ダークエネルギー観測と整合する晩期加速膨張を生じ得るか？
• RQ2 ドライソンモデルにおける密度摂動の成長率は、標準ΛCDMモデルと比べてどのように異なるか？
• RQ3 モデルが予測する密度フラクチュエーションの振幅は、CMBR測定からの観測限界内に収まるか？
• RQ4 物質支配期における構造形成において、ドライソン場は抑制的か強化的かの役割を果たすか？
• RQ5 特に大規模構造の成長率を含め、宇宙論的観測制約の下で、モデルは妥当性を有するか？

主な発見

• 指数関数的ポテンシャルW(σ) = A e^{-βσ}を有するドライソン場は、ドライソン支配期におけるスケール因子a(t)の解析的解をもたらす。
• ドライソンモデルにおける密度摂動の成長率は、標準ΛCDMモデルよりも速く、δ ∝ t^{2/3 - 2α/(3β)}のスケーリングに従う。
• 摂動の速い成長は、成長が遅いモデルを好まないCMBR制約と整合的である。
• モデルは、ドライソン場の支配的エネルギー密度のため、物質支配期における摂動の顕著な成長が起こらないと予測する。
• ドライソン場は通常物質と弱い結合（α² < 10^{-3}）を示し、第五力制約との矛盾を最小限に抑える。
• モデルはΛCDMと同様の宇宙論的アトラクタ行動を示すため、ドライソン場が宇宙を支配するようになったのは最近に限られ、晩期加速観測と整合的であると示唆する。