[論文レビュー] Implications of single field inflation in general cosmological scenarios on the nature of dark energy given the swampland conjectures

Oem Trivedi|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2020

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 169被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ブレーンワールドやガウス＝ボンネットモデルなどの修正された宇宙論的状況下において、単一スカラー場インフレーションが、元のデ de Sitter すがるランド予想でさえも、-1とは著しく異なる暗黒エネルギーの状態方程式を自然に得られることを示している。本研究は、微調整されたまたは段階関数型のインフレーションモデルを必要とせず、インフレーションとすがるランド制約の間の矛盾を解消する。

ABSTRACT

Swampland Conjectures have attracted quite some interest in the Cosmological Community. They have been shown to have wide ranging implications , like Constraints on Inflationary Models, Primordial Black Holes etc. to name a few. A particularly revealing insight on dark energy also shows that one can have the dark energy equation of state for a quintessence scenario to be signficantly different than -1 after one takes into account the refined dS conjecture. Another interesting issue with the swampland conjectures is that they have been shown to be incompatible with single field inflationary models in GR based cosmology. In our previous work we have, however, showed that single field inflationary models are quite compatible with swampland conjectures in their usual string theoretic form in a large class of modified cosmological scenarios. Building on that work, we now show that in modified cosmological scenarios where the early universe expansion was driven by single field inflation , one can have the dark energy equation of state to be significantly different from -1 even if we just take into account the original dS conjecture, let alone the refined form of that. We thereby show that one does not need to apply a step function approach towards inflation in order to have an observable distinction between constant and non constant dark energy models in the context of the swampland conjectures.

研究の動機と目的

• 標準の一般相対性理論に基づく宇宙論における単一場インフレーションとすがるランド予想の不整合を解消すること。
• 修正された宇宙論的状況が、単一場インフレーションとすがるランド基準を調和させられるかを調査すること。
• 元のまたは洗練された dS 予想の下で、暗黒エネルギーの状態方程式が -1 から著しく逸脱できるかを調査すること。
• 微調整されたインフレーションダイナミクスを必要とせず、非定数の暗黒エネルギーモデルが観測的に区別可能であることを示すこと。

提案手法

• ブレーンワールドやガウス＝ボンネットモデルを含む、一般相対性理論でない宇宙論的フレームワークにおける単一場インフレーションを分析する。
• 修正された重力におけるスカラー場ポテンシャルに、元のおよび洗練された de Sitter すがるランド予想（|V′|/V ≥ O(1) および V′′/V ≤ -O(1)）を適用する。
• 修正されたフレンドリッヒ方程式におけるスカラー場ダイナミクスの正確および近似解を用いて、すがるランド条件との整合性を評価する。
• これらの制約下で、得られる暗黒エネルギーの状態方程式（w_DE）が宇宙定数の値（w = -1）とどのように異なるかを比較する。
• すがるランド境界を考慮した際のクインテッセンス的暗黒エネルギーモデルの妥当性を評価する。
• 洗練された dS 予想は、w_DE ≠ -1 を達成するために必要ではなく、修正された状況下では元の予想で十分であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 修正された宇宙論的モデルにおける単一場インフレーションは、すがるランド予想と整合的であると考えられるか？
• RQ2 元の de Sitter すがるランド予想は、-1 から著しく異なる暗黒エネルギーの状態方程式を許容するか？
• RQ3 非定数の暗黒エネルギーモデルは、すがるランド制約下で宇宙定数と観測的に区別可能か？
• RQ4 すがるランド枠組み下で w_DE = -1 からの観測的逸脱を達成するには、段階関数型または微調整されたインフレーションモデルが必要か？

主な発見

• ブレーンワールドやガウス＝ボンネットモデルを含む、広範な修正された宇宙論的状況において、単一場インフレーションはすがるランド予想と整合的である。
• 元の de Sitter すがるランド予想（|V′|/V ≥ O(1)）のもとでも、暗黒エネルギーの状態方程式は -1 から著しく逸脱可能である。
• 洗練された dS 予想（V′′/V ≤ -O(1)）は、w_DE ≠ -1 を達成するために必要ではなく、修正された重力では元の予想で十分である。
• 微調整されたまたは段階関数型のインフレーションを導入しなくても、非定数の暗黒エネルギーモデルは宇宙定数とは観測的に区別可能である。
• 初期宇宙のインフレーションが修正された宇宙論的フレームワークで進行する限り、すがるランド制約は暗黒エネルギーに宇宙定数を要求しない。
• 結果から、非一般相対性理論的宇宙論において、すがるランド基準を満たす実現可能な暗黒エネルギーモデルが自然に出現しうることが示唆される。