[論文レビュー] Dual interacting cosmologies and the coincidence problem

Luis P. Chimento, Diego Pavón|arXiv (Cornell University)|May 19, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、2つの成分（真性ダークエネルギー流体（クイントェッセンス、k-エッセンス、またはタキオン）を含む）を有する二重相互作用的宇宙論的モデルを提案し、今日のダークエネルギーと物質密度の驚くべき等価性という宇宙共鳴問題を解決する。双対変換を適用することで、減速膨張から超加速膨張への遷移が可能となり、微調整を必要としない動的解決を提供する。

ABSTRACT

In this letter we consider a cosmological model with two interacting components and show that the cosmic coincidence problem, that besets so many models of late acceleration, can be solved even when the dark energy component is a phantom fluid representing either quintessence, k-essence or a tachyon field. As a byproduct, we obtain a supperaccelerated expanding cosmological model from a desacelerated one by applying a dual transformation.

研究の動機と目的

• 今日のダークエネルギーと物質密度の大きさがほぼ等しいという事実を説明する、宇宙共鳴問題を解決すること。
• 真性場を有する相互作用的宇宙論モデルが、現在の加速膨張の段階を自然に説明できるかどうかを調査すること。
• 双対変換が減速宇宙を超加速宇宙に変換できるかどうかを検討し、遅い時期の加速のための新しいメカニズムを提供すること。
• 微調整を必要とせず、真性流体の状況下でも共鳴問題が解消可能であることを示すこと。

提案手法

• モデルは、ダークエネルギー（真性流体：クイントェッセンス、k-エッセンス、またはタキオンとして表現）と物質または関連成分を表す2つの相互作用成分を導入する。
• 2つの成分間の相互作用は、エネルギー運動量保存方程式における結合項によって支配され、それらの間でのエネルギー移動を可能にする。
• 動的方程式に双対変換を適用し、減速期を超加速期へと写像することで、膨張行動の逆転を実現する。
• 双対変換はモデルの物理的整合性を保ちつつ、低速から高速への膨張レートの遷移を可能にする。
• 真性成分の有効場理論的記述（状態方程式およびエネルギー密度の時間発展）を用いて分析を行う。
• 修正された保存則とアインシュタインの場の方程式に基づき、フレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー宇宙論の枠組みでモデルを分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 真性ダークエネルギーを有する相互作用的モデルにおいて、宇宙共鳴問題を解消できるか？
• RQ2 宇宙論的段階間の双対変換が、初期に減速していた状態から超加速膨張を生じさせるか？
• RQ3 ダークエネルギーと物質成分間の相互作用がスケール因子およびエネルギー密度の時間発展に与える影響は何か？
• RQ4 本モデルの二重相互作用フレームワークにおいて、現在のダークエネルギーと物質密度の一致は自然な結果となるか？
• RQ5 双対変換メカニズムは、クイントェッセンス、k-エッセンス、タキオンといったさまざまな真性場理論に一貫して適用可能か？

主な発見

• モデルは、微調整を必要とせず、現在の宇宙でダークエネルギーと物質密度がバランスを保つ動的メカニズムを提供することで、共鳴問題を効果的に解消する。
• 双対変換により、減速宇宙的段階が超加速的段階へと写像可能であり、このような遷移が動的に可能であることを示している。
• クイントェッセンス、k-エッセンス、またはタキオンとしての真性ダークエネルギー成分は、共鳴問題を解消するために必要な相互作用と時間発展を維持できる。
• 結合項によるエネルギー移動が、今日の観測されたダークエネルギー密度への自然な接近をもたらす。
• モデルはさまざまな真性場実現に対して一貫性を保ち、二重相互作用フレームワークの広範な適用可能性を示している。
• 減速から超加速への遷移は双対性によって実現され、標準的スカラー場モデルを超える、遅い時期の加速のための新しいメカニズムを示唆している。