[論文レビュー] Dark energy with oscillatory tracking potential: Observational Constraints and Perturbative effects

Albin Joseph, Rajib Saha|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2021

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 97被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、CMB、BAO、およびPantheon超新星データを用いて、αアトラクターフレームワーク内におけるスカラー場ダークエネルギーモデルであるOscillatory Tracker Model（OTM）を調査している。OTMはLCDMの予測に近く一致するが、CMBパワースペクトルおよび物質クラスタリングにおいてわずかな違いを示し、σ8は0.7939（LCDMの0.8231）に低下しており、物質含量の低減と重力ポテンシャルの増幅による減衰が原因で、大規模構造の成長が弱まっていることを示している。

ABSTRACT

The cosmological models exhibiting tracker properties have great significance in the context of dark energy as they can reach the present value of dark energy density from a wide range of initial conditions, thereby alleviating both the fine-tuning and the cosmic coincidence problem. The $\alpha$-attractors, which are originally discussed in the context of inflation, can exhibit the properties of dark energy as they can behave like cosmological trackers at early times and show the late time behaviour of a cosmological constant. In the present paper, we study the Oscillatory Tracker Model (OTM), which belongs to the family of $\alpha$-attractor dark energy models. Using the current observational data sets like Cosmic Microwave Background (CMB), Baryon Acoustic Oscillation (BAO) and type 1a supernova data (Pantheon compilation), we constrain the parameters of the model and estimate both the mean and best-fit values. Although the oscillatory tracker model contains a larger set of parameters than the usual LCDM model, the common set of parameters of both agree within $1\, \sigma$ error limits. Our observations using both high redshift and low redshift data supports Hubble parameter value $H_0 = 67.4$ Kms$^{-1}$Mpc$^{-1}$. We study the effect of the OTM on the CMB temperature and polarization power spectra, matter power spectrum and $f \sigma_8$. Our analysis of the CMB power spectrum and matter power spectrum suggests that the oscillatory tracker dark energy model has noticeable differences from usual LCDM predictions. Yet, in most cases, the agreement is very close.

研究の動機と目的

• 現在の宇宙論的観測に対して、αアトラクターのクラスに属するOscillatory Tracker Model（OTM）をテストすること。
• そのトラッカー行動により、微調整問題と宇宙的一致問題を緩和できるかどうかを調査すること。
• CMB温度および偏光パワースペクトル、物質パワースペクトル、およびfσ8におけるOTMと標準のLCDMモデルとの乖離を定量化すること。
• Planck、BAO、およびPantheonデータからの観測的制約を用いて、OTMがLCDMの代替として実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、特定の振動的ポテンシャルを用いてダークエネルギーのダイナミクスをモデル化するため、αアトラクターフレームワークを採用している。
• 背景の時間発展は、最小に結合されたスカラー場を仮定したFriedmann-Lemaître-Robertson-Walker（FLRW）方程式から導出されている。
• 物質パワースペクトルおよび成長率fの分析のために、FLRW背景のまわりで線形摂動を計算している。
• CMB（Planck）、BAO、およびPantheon超新星データセットを用いて、MCMCサンプリングによる宇宙論的パラメータの制約を実施している。
• OTMの予測を、CMBの角パワースペクトル（TT、EE）、物質パワースペクトル、および低赤方偏移でのfσ8を用いてLCDMと比較している。
• モデルの一貫性およびパラメータのデゲネラシーを評価するために、事後分布、最良適合値、および平均パラメータ値を導出している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の観測的制約下で、Oscillatory Tracker Model（OTM）は標準のLCDMモデルの妥当な代替となるか？
• RQ2 特に高多重極において、OTMのCMB温度および偏光パワースペクトルはLCDMとどのように異なるか？
• RQ3 OTMは、LCDMと比較して物質パワースペクトルおよびfσ8にどの程度の変化をもたらすか、その原因は何か？
• RQ4 スカラー場の振動的ポテンシャルが、物質-放射均衡の赤方偏移および重力ポテンシャルの減衰に与える影響は何か？
• RQ5 OTMのモデルパラメータはPlanck 2018の結果と整合しているか？初期条件のアトラクターバスインのサイズはどの程度か？

主な発見

• OTMモデルは現在の観測データと整合しており、主要な宇宙論的パラメータはすべて1σ誤差範囲内でPlanck 2018の結果と一致している。
• ハッブル定数はH0 = 67.4 km s⁻¹ Mpc⁻¹に制約され、局所的測定で好まれる低H0値を支持している。
• OTMにおける物質パワースペクトルは、有効物質含量が低いため、LCDMと比較してパワーが低下している。
• 線形密度揺らぎの振幅σ8は、OTMでは0.7939に低下している（LCDMでは0.8231）ことから、大規模構造のクラスタリングが弱まっていることが示唆される。
• OTMにおけるCMB温度および偏光パワースペクトルは、初期の物質-放射均衡およびポテンシャルの減衰による放射駆動の増幅により、アコースティックピークでわずかに高い振幅を示している。
• 低赤方偏移における線形成長率fおよびfσ8は、OTMではLCDMよりもわずかに低く、クラスタリング効率の低下が確認されている。