[論文レビュー] Interactive Unified Dark Energy and Dark Matter from Scalar Fields

David Benisty, Eduardo Guendelman|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、2つの測度理論および動的時空理論におけるスカラー場を用いて、暗黒エネルギーと暗黒物質を統一するフレームワークを提案する。拡散的相互作用メカニズムを導入し、エネルギー運動量テンソルの保存が成り立たない状況を生じさせる。モデルは、遅い時刻におけるΛCDMに類似した固定点を示し、両形式において初期の量子的整合性が示唆される。

ABSTRACT

Here we generalize ideas of unified Dark Matter Dark Energy in the context of Two Measure Theories and of Dynamical space time Theories. In Two Measure Theories one uses metric independent volume elements and this allows to construct unified Dark Matter Dark Energy, where the cosmological constant appears as an integration constant associated to the equation of motion of the measure fields. The Dynamical space time Theories generalize the Two Measure Theories by introducing a vector field whose equation of motion guarantees the conservation of a certain Energy Momentum tensor, which may be related, but in general is not the same as the gravitational Energy Momentum tensor. We propose two formulations of this idea: I - by demanding that this vector field be the gradient of a scalar, II - by considering the dynamical space field appearing in another part of the action. Then the Dynamical space time Theory becomes a theory of Diffusive Unified Dark Energy and Dark Matter. These generalizations produce non conserved energy momentum tensors instead of conserved energy momentum tensors which leads at the end to a formulation of interacting DE-DM dust models in the form of a diffusive type interacting Unified Dark Energy and Dark Matter scenario. We solved analytically the theories for perturbative solution and asymptotic solution, and we show that the $\Lambda$CDM is a fixed point of these theories at large times. Also a preliminary argument about the good behavior of the theory at the quantum level is proposed for both theories.

研究の動機と目的

• 2つの測度理論および動的時空理論を用いて、統一型暗黒物質・暗黒エネルギーモデルを一般化すること。
• 測度場の力学から得られる積分定数として宇宙定数を導出することにより、宇宙定数問題を解決すること。
• 暗黒エネルギーと暗黒物質が標準的保存則を満たさない拡散的メカニズムを通じて相互作用する統一フレームワークを構築すること。
• 初期の議論を通じて、提案された統一モデルの量子的妥当性を検討すること。
• 特に漸近的振る舞いと固定点に注目して、理論の宇宙論的進化を分析すること。

提案手法

• 測度に依存しない体積要素を有する2つの測度理論を用い、統一型暗黒エネルギー・暗黒物質作用を構築する。
• 非重力的エネルギー運動量テンソルの保存を保証する、動的時空理論におけるベクトル場を導入する。
• 2つのバージョンを定式化する：(I) ベクトル場をスカラー場の勾配として設定する場合、(II) 動的時空場を作用の別の部分に埋め込む場合。
• エネルギー運動量テンソルが保存されない方程式を導出し、暗黒エネルギーと暗黒物質の間の拡散的相互作用を可能にする。
• 摂動的および漸近的解析的解を用いて、モデルの宇宙論的進化を研究する。
• 作用および場の運動方程式が量子論的レベルで整合的であるかを検討することで、量子的振る舞いを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの測度理論および動的時空理論を用いて、暗黒エネルギーと暗黒物質の統一的記述を達成できるか？
• RQ2 非重力的エネルギー運動量保存を保証するベクトル場の導入が、暗黒エネルギーと暗黒物質の力学にどのように影響を与えるか？
• RQ3 統一モデルの宇宙論的挙動、特に遅い時刻における挙動はいかなるものか？
• RQ4 モデルは、その漸近的進化においてΛCDMを固定点として示すか？
• RQ5 提案された統一フレームワークにおいて、量子的整合性の根拠は存在するか？

主な発見

• 2つの測度理論における測度場の運動方程式から、宇宙定数が自然に積分定数として現れる。
• 動的時空理論の形式では、エネルギー運動量テンソルが保存されず、暗黒エネルギーと暗黒物質の間の拡散的相互作用が可能になる。
• モデルは、遅い時刻においてΛCDMを固定点として示し、現在の宇宙論的観測と整合的であることを示す。
• 摂動的および漸近的解により、提案されたモデルにおいてΛCDM解の安定性とアトラクター的挙動が確認される。
• 初期の議論により、両形式の理論が量子論的レベルで妥当である可能性が示唆され、UV完備化の可能性を支持する。
• 提案された2つの形式（IおよびII）は、統一型暗黒エネルギー・暗黒物質力学の文脈において、等価な物理的挙動を示す。