[論文レビュー] Nonlinear Perturbations in a Variable Speed of Light Cosmology

J. W. Moffat|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 23被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、インフレーションの代替として、初期宇宙における原始的摂動を説明するための可変光速度（VSL）宇宙論を提案する。δN形式を用いて非線形曲率摂動を計算した結果、f_NL = 5 が得られ、これはプランク2015年のデータと整合する定数であり、g_NL は進行的挙動を示す。これにより、VSLモデルとインフレーションモデルを区別できる。

ABSTRACT

A variable speed of light (VSL) cosmology is described in which the causal mechanism of generating primordial perturbations is achieved by varying the speed of light in a primordial epoch. This yields an alternative to inflation for explaining the formation of the cosmic microwave background (CMB) and the large scale structure (LSS) of the universe. We make use of the $δ{\cal N}$ formalism to identify signatures of primordial nonlinear fluctuations, and this allows the VSL model to be distinguished from inflationary models. In particular, we find that the parameter $f_{ m NL}=5$ in the variable speed of light cosmology. The value of the parameter $g_{ m NL}$ evolves during the primordial era and shows a running behavior.

研究の動機と目的

• 初期宇宙における原始的密度摂動を生成するインフレーション非依存のメカニズムを提供すること。
• 具体的には非線形摂動を特徴とする観測的特徴——VSL宇宙論とインフレーション、および他の初期宇宙モデルを区別するもの——を同定すること。
• δN形式を用いてVSLフレームワーク内での非ガウス性パラメータf_NLとg_NLを計算すること。
• f_NLに関するプランク2015年の制約と照らし合わせ、VSLがインフレーションの代替として成立するかを検証すること。

提案手法

• 光速度c(x)を動的場として用いるフリードマン＝ラメートル＝ロバートソン＝ウォーカー計量を用いてVSL宇宙論を定式化する。
• 曲率摂動を場の摂動の3次までδN形式で計算する。
• スカラー場ϕと積分定数γの関数としての有効なエーフォールディング数𝒩(ϕ, γ)を導出する。ここでγはラマヌジャン・ラムベルト関数を介して場の時間発展と関連づけられる。
• 𝒩のϕおよびγに関する偏微分を用いて、1次、2次、3次摂動ζ₁、ζ₂、ζ₃を計算する。
• 摂動展開からf_NL（ζ₂から）とg_NL（ζ₃から）を特定する。
• 背景解φ(t) = φ_f + γ ln(t/t_f)を用いてγをφとφ_fの関数として表現し、非線形性パラメータの解析的評価を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 可変光速度宇宙論は、インフレーションなしで原始的摂動を生成できるか？
• RQ2 VSLモデルにおける非ガウス性パラメータf_NLとg_NLの具体的な値と波数依存性は何か？
• RQ3 VSL宇宙論における非線形摂動は、プランク2015年の観測的制約と定量的にどのように比較できるか？
• RQ4 g_NLの進行的挙動は、VSLモデルとインフレーションモデルを区別する特徴的特徴として機能できるか？

主な発見

• 非ガウス性パラメータf_NLはVSLモデルにおいて正確に5に等しく、波数に依存しない定数である。
• このf_NL = 5の値は、プランク2015年の制約f_NL = 2.7 ± 5.8と整合しており、観測的整合性が強い。
• 3次摂動非線形性パラメータg_NLは定数ではなく、原始的時代にわたって変化し、進行的挙動を示す。これはスカラー場およびγに依存する。
• g_NL = 25(2γ - φ + φ_f)/(3γ) の式は強い波数依存性を示し、VSLモデルの特徴的観測的特徴となる。
• δN形式はVSL文脈における曲率摂動の非線形構造を的確に捉えており、インフレーションモデルと直接比較可能である。
• モデルはcの超光速期を経て、スケール不変でほぼガウス的原始摂動を生成するため、インフレーションの妥当な代替手段を提供する。