[論文レビュー] Dark Energy from Large Extra Dimensions

Kimmo Kainulainen, Daniel Sunhede|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2004

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、大規模な追加次元からのラディオン場が、4次元宇宙におけるクインテッセンスに類似したダークエネルギーを生成するスカラー・テンソル重力モデルを提案する。このモデルは、4次元リッチスカラーに対する量子補正によって安定化される。モデルは、k-エネルギーまたはファントムダークエネルギーに類似した宇宙論を予測し、将来のSNAPデータによって、等しいダークエネルギーを持つΛCDMモデルとは区別可能であるが、約5％少ないダークエネルギーを持つモデルとは区別できない。

ABSTRACT

We explore in detail a dilatonic scalar-tensor theory of gravity inspired by large extra dimensions, where a radion field from compact extra dimensions gives rise to quintessence in our 4-dimensional world. We show that the model can give rise to other types of cosmologies as well, some more akin to $k$-essence and possibly variants of phantom dark energy. In our model the field (or radius) stabilization arises from quantum corrections to the effective 4D Ricci scalar. We then show that various constraints nearly determine the model parameters, and give an example of a quintessence-type cosmology consistent with observations. We show that the upcoming SNAP-experiment would easily distinguish the present model from a constant $\Lambda$ model with an \emph{equal} amount of dark energy, but that the SNAP-data alone will not be able distinguish it from a $\Lambda$ model with about 5% less dark energy.

研究の動機と目的

• 大規模な追加次元に由来する理論的インスピレーションに基づく拡張スカラー・テンソル重力理論を検討すること。
• コンパクト化された追加次元から生じるラディオン場が、4次元時空にダークエネルギーをどのように生成するかを調査すること。
• 量子補正がラディオン場を安定化させ、妥当な宇宙論的モデルに導くかを検討すること。
• モデルのパラメータに対する観測的制約を評価し、標準的なΛCDMモデルとの区別可能性を検討すること。

提案手法

• 大規模な追加次元のコンパクト化から生じるラディオンスカラー場を含む4次元有効理論を構築すること。
• ラディオン場の安定化とポテンシャルの生成を目的に、4次元リッチスカラーに対する量子補正を導入すること。
• スカラー・テンソル理論の有効作用と運動方程式を導出し、宇宙論的ダイナミクスを分析すること。
• 得られた宇宙論、特にクインテッセンス、k-エネルギーに類似、およびファントムに類似した振る舞いを分析すること。
• 観測的制約を適用して、モデルの妥当なパラメータ空間を特定すること。
• 将来のSNAP観測の感度が、等しいまたはわずかに減少したダークエネルギーを持つΛCDMモデルと本モデルをどの程度区別できるかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な追加次元からのラディオン場が、自然に4次元時空に動的なダークエネルギー成分を生成できるか？
• RQ2 4次元リッチスカラーに対する量子補正がラディオン場をどのように安定化させ、有効ポテンシャルに影響を与えるか？
• RQ3 本モデルが許容する宇宙論的進化の種類（例：クインテッセンス、k-エネルギー、ファントム）は何か？
• RQ4 現在の観測データによって、本モデルはどの程度制約を受けるか？
• RQ5 近い将来のSNAPデータによって、本モデルは等しいダークエネルギーを持つΛCDMモデル、または5％少ないダークエネルギーを持つΛCDMモデルと区別できるか？

主な発見

• 本モデルは、大規模な追加次元の下でラディオン場のダイナミクスを通じてクインテッセンスに類似したダークエネルギー成分を生成する。
• 有効理論における4次元リッチスカラーに対する量子補正が、自然にラディオン場の安定化をもたらす。
• パラメータの選択に応じて、本モデルはk-エネルギーに類似した、またはファントムに類似した宇宙論を生成可能である。
• 現在の観測的制約がモデルのパラメータをほぼ固定しており、強い予測力を持つことを示している。
• SNAPは、等しいダークエネルギー量を持つΛCDMモデルと本モデルを容易に区別できる。
• しかし、SNAPのデータだけでは、約5％少ないダークエネルギーを持つΛCDMモデルと本モデルを区別できない。