[論文レビュー] GCG Inflation in the light of Planck and BICEP2

Bikas R Dinda, S. Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、5次元ブレインワールド宇宙論の枠組みにおいて、一般化チャプリン・ガス（GCG）が観測可能な原始的ゆらぎを生成する可能性のあるインフレーションモデルとして有効であるかを調査している。GCGは4次元アインシュタイン重力ではインフレーション駆動要因として失敗するが、高次元宇宙論においては成功する。ただし、特異な状態方程式を有するパラメータを除いて、BICEP2とPlanckの間の矛盾を解消することはできない。

ABSTRACT

In this work, we study an inflationary scenario in the presence of Generalized Chaplygin Gas (GCG). We show that in Einstein gravity, GCG is not a suitable candidate for inflation; but in a five dimensional brane world scenario, it can work as a viable inflationary model. We calculate the relevant quantities such as $n_{s}$, $r$ and $A_{s}$ related to the primordial scalar and tensor fluctuations, and using their recent bounds from Planck and BICEP2, we constrain the model parameters as well as the five-dimensional Planck mass. But as a slow-roll inflationary model with a power-law type scalar primordial power spectrum, GCG as an inflationary model can not resolve the tension between results from BICEP2 and Planck with a concordance $\Lambda$CDM universe. We show that with a phantom type dark energy equation of state, this tension may be eased.

研究の動機と目的

• 一般化チャプリン・ガス（GCG）がアインシュタイン重力および高次元ブレインワールド宇宙論の枠組みにおいて、インフレーションモデルとして有効であるかを評価すること。
• スカラースペクトル指数 $n_s$、テンソル対スカラー比 $r$、および振幅 $A_s$ といった主要なインフレーション観測量を計算すること。
• 最近のPlanckおよびBICEP2の観測制約を用いて、GCGモデルのパラメータおよび5次元プランク質量を制約すること。
• GCGインフレーションが、$Λ$CDMモデルの文脈においてBICEP2とPlanckの結果の間にある矛盾を緩和できるかどうかを調査すること。
• ダークエネルギーの特異な状態方程式が、観測された宇宙論的データの不一致を軽減する可能性があるかどうかを検討すること。

提案手法

• GCGをインフレートン場として用いた5次元ブレインワールド宇宙論モデルを構築する。
• ブレイン上での有効4次元フリードマン方程式を導出し、インフレーション期のスカラーおよびテンソルゆらぎを記述する。
• スローロール近似を用いて、スカラーおよびテンソルゆらぎの原始的パワースペクトルを計算する。
• パワースペクトルから観測量 $n_s$、$r$、$A_s$ を抽出し、PlanckおよびBICEP2の制約と比較する。
• パrameter空間のスキャンを実施し、GCGパラメータおよび5次元プランク質量を制約する。
• 特異な状態方程式を有するダークエネルギーを導入し、BICEP2-Planckの矛盾解消に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般化チャプリン・ガスは4次元アインシュタイン重力において、有効なインフレートンとして機能できるか？
• RQ2 5次元ブレインワールドの枠組みにおいて、GCGがPlanckおよびBICEP2のデータと整合するインフレーション予測を生成できるか？
• RQ3 GCGモデルは、5次元プランク質量およびその他のモデルパラメータをどの程度まで制約できるか？
• RQ4 GCGモデルは、$Λ$CDMフレームワークにおいてBICEP2とPlanckの観測結果の不一致を解消できるか？
• RQ5 ダークエネルギーに特異な状態方程式を導入することで、BICEP2とPlanckの結果の不一致が軽減されるか？

主な発見

• 4次元アインシュタイン重力では、GCGは $n_s$ と $r$ の予測が不一致のため、有効なインフレーションモデルとして機能しない。
• 5次元ブレインワールドの枠組みにおいて、GCGはPlanckおよびBICEP2の $n_s$、$r$、$A_s$ に関する制約と整合するインフレーション的ダイナミクスを生成できる。
• 観測データとの比較を通じて、5次元プランク質量およびGCGパラメータの制約が可能となる。
• 観測データに適合するものの、べき乗則的スカラーパワースペクトルを有するGCGモデルは、$Λ$CDMフレームワークにおいてBICEP2とPlanckの間の矛盾を解消できない。
• 特異な状態方程式を有するダークエネルギーを導入することで、BICEP2とPlanckデータ間の観測された不一致を緩和できる可能性がある。