[論文レビュー] Evolution of entropic dark energy and its phantom nature

Titus K. Mathew, Chinthak Murali+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 52被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、アインシュタイン＝ヒルバート作用の表面項から導かれた非相互作用的エントロピックな暗黒エネルギー（EDE）モデルを、ユニオンIa超新星データで制約したものである。モデルは初期の減速から後期の加速への遷移を予測し、z < 0.257でファントム的挙動（ω < -1）を示し、約360億年後にビッグリップ特異点が発生すると予測される。スケール因子と暗黒エネルギー密度は有限時間内で発散する。

ABSTRACT

Assuming the form of the entropic dark energy as arises form the surface term in the Einstein-Hilbert's action, it's evolution were analyzed in an expanding flat universe. The model parameters were evaluated by constraining model using the Union data on Type Ia supernovae. We found that the model predicts an early decelerated phase and a later accelerated phase at the background level. The evolution of the Hubble parameter, dark energy density, equation of state parameter and deceleration parameter were obtained. The model is diagnosed with $Om$ parameter. The model is hardly seems to be supporting the linear perturbation growth for the structure formation. We also found that the entropic dark energy shows phantom nature for redshifts $z<0.257.$ During the phantom epoch, the model predicts big-rip effect at which both the scale factor of expansion and the dark energy density become infinitely large and the big rip time is found to be around 36 Giga Years from now.

研究の動機と目的

• 平坦なフレリッドマン＝ロバートソン＝ウォーカー宇宙における非相互作用的エントロピックな暗黒エネルギー（EDE）の背景的進化を分析すること。
• ユニオンIa超新星データセットを用いてモデルのパラメータを制約すること。
• モデルがハッブルパラメータと構造形成に関する観測データと整合するかを評価すること。
• EDEのファントム的性質に起因するビッグリップ特異点の可能性を調査すること。

提案手法

• EDE密度 ρEDE = 3(CHH² + ĊHḢ) からハッブルパラメータを導出。CH と ĊH はモデルパラメータである。
• EDEの寄与を含めたフレリッドマン方程式を用いて宇宙膨張をモデル化。
• モデルが予測する距離モジュラスをユニオンIa超新星データセットにフィットさせることでCH と ĊH を制約。
• ハッブルパラメータ、暗黒エネルギー密度、状態方程式パラメータ ωEDE、減速パラメータ q の進化を評価。
• Om診断を用いて、モデルの挙動がΛCDMと比較してどのように異なるかを評価。
• ファントム領域におけるハッブルパラメータを近似し、ビッグリップまでの時間を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非相互作用的エントロピックな暗黒エネルギーモデルは、初期の減速から後期の加速への遷移を予測するか？
• RQ2 状態方程式パラメータ ωEDE はファントム分離面（ω = -1）を越えるか？ もし越えるなら、何の赤方偏移でか？
• RQ3 モデルはIa超新星データで制約可能か？ また、観測されたハッブルパラメータ測定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 EDEのファントム的性質は、将来のビッグリップ特異点を引き起こすか？ もし起こすなら、いつか？
• RQ5 EDEモデルは線形摂動の成長と大規模構造形成にどのような影響を与えるか？

主な発見

• モデルは、赤方偏移 z ≈ 0.57 で初期の減速から後期の加速への遷移を予測する。これはEassonらが報告した z ≈ 0.5 よりわずかに高い値である。
• 状態方程式パラメータ ωEDE は z < 0.257 でファントム分離面（ω = -1）を越え、約 -1.3 に安定化する。現在の値は ωEDE ≈ -1.185 である。
• 最良の適合パラメータに基づき、ビッグリップ特異点は約360億年後の予測である。
• 後期のファントム領域では、暗黒エネルギー密度 ρEDE がスケール因子 a に比例して増加し、ビッグリップで発散する。
• モデルはわずかに高い有効物質密度パラメータ ˜Ωm0 ≈ 1.25Ωm0 を示し、線形摂動の成長を抑制し、構造形成を妨げる可能性がある。
• z < 0 ではΛCDMモデルよりもハッブルパラメータ H が速く増加し、ホライズンが縮小し、大規模構造の因果的接触が失われる可能性がある。