[論文レビュー] Modified Chaplygin Gas as Scalar Field and Holographic Dark Energy Model

Biswajit Paul, P. Thakur+1 more|ArXiv.org|Sep 20, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、平坦および非平坦なFRW宇宙における修正チャプリン・ガス（MCG）のスカラー場表現を確立し、遅い時間加速を支持する物理的に現実的なポテンシャルを導出する。さらに、MCGに基づくホログラフィックなダークエネルギー模型を構築し、閉じた宇宙におけるイベントホライズンの制限された領域で安定性を示す。また、バロトropic流体が加えられてもポテンシャルの形状は保持されることが示される。

ABSTRACT

We study the correspondence between field theoretic and holographic dark energy density of the universe with the modified Chaplygin gas (MCG) respectively both in a flat and non-flat FRW universe. We present an equivalent representation of the MCG with a homogeneous minimally coupled scalar field by constructing the corresponding potential. A new scalar field potential is obtained here which is physically realistic and important for cosmological model building. In addition we also present holographic dark energy model described by the MCG. The dynamics of the corresponding holographic dark energy field is determined by reconstructing the potential in a non-flat universe. The stability of the holographic dark energy in this case in a non-flat universe is also discussed.

研究の動機と目的

• 平坦および非平坦なFRW宇宙における修正チャプリン・ガス（MCG）の等価なスカラー場表現を確立すること。
• パラメータA、B、αを用いたMCGの状態方程式に対応する物理的に現実的なスカラー場ポテンシャルを導出すること。
• 非平坦な宇宙におけるMCGに基づくホログラフィックなダークエネルギー模型を構築し、対応するポテンシャルを再構成すること。
• 特に閉じたモデルにおける非平坦な宇宙におけるホログラフィックなダークエネルギー模型の安定性を分析すること。
• バロトropic流体項（B ≠ 0）の導入が、ホログラフィックなダークエネルギー場のポテンシャルおよびダイナミクスに与える影響を調査すること。

提案手法

• FRW計量におけるエネルギー密度および圧力の式を解くことにより、平坦および非平坦な両ケースにおいてスカラー場ポテンシャルV(φ)を再構成する。
• エネルギー密度ρ_MCG = [A / (1 - α)]^{1/(1+α)} [1 + (1 - α)B t]^{1/(1+α)} を用いて、スカラー場の時間発展およびポテンシャルを導出する。
• ホログラフィー原理を適用し、未来のイベントホライズンRHの逆二乗に比例するエネルギー密度としてダークエネルギーをモデル化する。
• ホログラフィックなダークエネルギー模型の安定性を評価するために、有効状態方程式w_Λおよび音速の二乗v_Λ²を導出する。
• 閉じた宇宙における安定性領域を特定するために、Ω_Λおよび位相変数yの関数としてv_Λ²の振る舞いを分析する。
• パラメータn = 3(1 + B)(1 + α) を用いて、モデルが安定であるイベントホライズンRHの領域を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 修正チャプリン・ガス（MCG）は、平坦および非平坦なFRW宇宙において、明確なポテンシャルを持つ均一な最小結合スカラー場によって等価に記述可能であろうか？
• RQ2 MCGのスカラー場ポテンシャルV(φ)の明示的形は何か？また、パラメータA、B、αにどのように依存するか？
• RQ3 非平坦な宇宙におけるMCGに基づくホログラフィックなダークエネルギー模型はどのように振る舞うか？また、ダークエネルギー場に対応する再構成ポテンシャルは何か？
• RQ4 MCGに基づくホログラフィックなダークエネルギー模型は、どのような条件下で閉じた宇宙で安定であろうか？
• RQ5 バロトropic流体項（B ≠ 0）の導入により、ホログラフィックなダークエネルギー模型におけるポテンシャルの形状は変化するか？

主な発見

• α = 1のとき、φ → 0およびφ → ±∞の両極限において、MCGのスカラー場ポテンシャルは定数に漸近する。これは、遅い時間における安定な振る舞いを示している。
• B = 1/3およびA ≠ 0のとき、導出されたポテンシャルはロールイン・タキオンに類似しており、遅い時間に小さな正の有効な宇宙定数を支持する。
• B = 0およびα = 1のとき、MCGに基づくホログラフィックなダークエネルギー模型は、一般化チャプリン・ガスに対してSetare [31] の状態方程式を回復する。
• 閉じた宇宙では、イベントホライズンRHの制限された領域においてホログラフィックなダークエネルギー模型が安定である。この領域はn = 3(1 + B)(1 + α)およびΩ_Λ > 0によって定義される。
• Ω_Λ > 0およびy ∈ (π/2, 3π/2)の範囲では、音速の二乗v_Λ²が正のまま維持され、その範囲で安定性が保証される。一方、y ≤ π/2またはy ≥ 3π/2では不安定性が生じる。
• 一般化チャプリン・ガスにバロトropic流体を加えても、ポテンシャルの形状は変化しないが、全体のダークエネルギー密度は変更される。