[論文レビュー] Non-Additive Viscous Dark Energy: A Bayesian Analysis

W. J. C. da Silva, R. Silva|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 16被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、非加法的熱力学を用いて微視的相関を組み込むために体積粘性項を導入した非加法的粘性ダークエネルギーモデルを提案する。加法的領域では標準的ΛCDMモデルに回復する。CMB、BAO、宇宙計時計、SNe Iaデータを用いたベイズ解析により、モデルは現在の観測と整合的であり、非加法的統計力学に基づくダークエネルギーの粘性の現象論的メカニズムを提供する。

ABSTRACT

By assuming a fluid description for dark energy, we propose a phenomenological approach which takes into the account effects microscopic based on the non-additive thermodynamics. These effects lead to a tiny perturbation in the perfect fluid which is the thermodynamics part of the standard model ($Λ$CDM model). The extra energy-momentum arises from the microscopic correlations captured through the distribution function of the 4-momentum of the volume element of the dark energy fluid. These correlations are taking into the account as a non-additive effect which is also related to a mechanism called Nonextensive/Extensive correspondence. This mechanism provides a way to introduce a non-additive bulk viscosity, which should be vanished in the additive limit, recovered, thus, the perfect fluid description. From the phenomenological standpoint, we motivate three models of bulk viscosity for dark energy and dark matter proposed recently, in the context of the non-additive formulation. In order to test the model, we perform a Bayesian analysis based on the data of CMB Distance priors, Baryon Acoustic Oscillations Measurements, Cosmic Chronometers, and SNe Ia distance measurements.

研究の動機と目的

• 微視的相関からの非加法的熱力学的効果を組み込んだ現象論的ダークエネルギーモデルの構築を目的とする。
• 加法的（完全流体）極限でゼロに減少する非加法的体積粘性項を導入し、ΛCDMに回復することを目的とする。
• 最近提案された3つの体積粘性の現象論的モデルが、この非加法的枠組み内でダークエネルギーおよびダークマターに対して有効であるかを検証することを目的とする。
• ベイズ推論手法を用いて、現在の宇宙論的データとの整合性を評価することを目的とする。

提案手法

• 4運動量分布関数内の微視的相関を記述する非加法的熱力学を用いた非加法的粘性ダークエネルギーモデルを構築する。
• 非拡張的／拡張的対応機構を介して非加法的体積粘性を導入し、加法的極限で粘性が消えることを保証する。
• 最近の3つの現象論的体積粘性モデルを、ダークエネルギーおよびダークマターに対して非加法的枠組みに適応する。
• 観測データ（CMB距離プライア、BAO測定、宇宙計時計、SNe Ia距離モジュラス）を用いたベイズ的モデル比較を実施する。
• パラメータ空間の探索とモデル選択のためのベイズ的証拠の計算に、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）サンプリングを用いる。
• 情報基準および事後オッズを用いて、非加法的粘性モデルと標準的ΛCDMモデルを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークエネルギーに非加法的粘性効果を組み込むと、ΛCDMモデルと比較して宇宙論的観測量にどのような影響を与えるか？
• RQ2 非加法的体積粘性メカニズムは、加法的領域で完全流体極限に一貫して回復できるか？
• RQ3 非加法的熱力学枠組みに埋め込まれた3つの提案された体積粘性の現象論的モデルは、物理的動機を保ったまま有効性を維持できるか？
• RQ4 現在の宇宙論的データは、非加法的粘性ダークエネルギーモデルのパラメータにどのような制約を課すか？
• RQ5 非加法的粘性モデルのベイズ的証拠は、標準的ΛCDMモデルと比較してどのように異なるか？

主な発見

• 非加法的粘性ダークエネルギーモデルは、CMB距離プライア、BAO、宇宙計時計、SNe Ia測定を含む現在の宇宙論的データと整合的である。
• 非加法的体積粘性項は加法的極限で消えるため、標準的ΛCDMモデルが特別な場合として自然に回復される。
• ベイズ解析により、非加法的粘性モデルはΛCDMモデルに比べて顕著な優位性を示さないことが判明し、現在のデータへのフィットの改善が追加の複雑性によって得られないことが示された。
• 非拡張的統計力学に基づく、熱力学的に妥当なダークエネルギーの粘性のメカニズムがモデルに提供される。
• ダークエネルギーおよびダークマターのための3つの現象論的体積粘性モデルは、非加法的枠組みにうまく埋め込まれ、元の物理的動機を保ったままである。
• 非加法的粘性のパラメータ空間はデータによって制約され、ΛCDMからの著しい逸脱が見られない範囲で粘性係数の上限が得られた。