[論文レビュー] Off-Diagonal Metrics and Anisotropic Brane Inflation

Sergiu I. Vacaru, Denis Gontsa|ArXiv.org|Sep 14, 2001

Combustion and flame dynamics被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、5次元のバルクにおいて非対角的計量および非完全なフレームを導入することで、brane world宇宙論における異方的再熱を調査している。インフレーション中、特定のモード条件が満たされない限り、顕著な異方的ダーク放射が生成されることを示している。主な結果は、非対角的成分がエントロピー生成を変更することであり、過剰なダーク放射を避けて成功した初期核合成を保証するためには、散逸パラメータを慎重に調整する必要があることである。

ABSTRACT

We study anisotropic reheating (entropy production) on 3D brane from a decaying bulk scalar field in the brane-world picture of the Universe by considering off-diagonal metrics and anholonomic frames. We show that a significant amount of, in general, anisotropic dark radiation is produced in this process unless only the modes which satisfy a specific relation are excited. We conclude that subsequent entropy production within the brane is required in general before primordial nucleosynthesis and that the presence of off-diagonal components (like in the Salam, Strathee and Petracci works) of the bulk metric modifies the processes of entropy production which could substantially change the brane-world picture of the Universe.

研究の動機と目的

• 非対角的5次元計量および非完全なフレームを用いて、brane world宇宙論における異方的再熱を分析すること。
• バルク計量の非対角的成分がインフレーション期におけるエントロピー生成およびダーク放射生成に与える影響を調査すること。
• 異方的ダーク放射が抑制され、初期核合成が成功するための条件を特定すること。
• 非線形接続および非完全なフレームを用いて、標準的なbrane-worldモデルに局所的異方性を組み込むこと。
• 異方的散逸項がインフレーションからの滑らかな脱出およびホットビッグバン時代への遷移に与える影響を評価すること。

提案手法

• 非完全なフレームおよび非線形接続を用いて、非対角的計量を持つ5次元アインシュタイン方程式の正確解を構成する。
• 非完全な微分（例：δy = dy + ζ₂dt + ζ₃dw）を含む2次形式の線素を用いて、バルク内の局所的異方性をモデル化する。
• w=0における3次元braneを中心としてZ₂対称性を課し、5次元の宇宙定数Λ₅を負と仮定する。
• スカラー場の運動方程式に現象的散逸項（Γ_B, Γ_D, Γ_D^y）を導入してエントロピー生成をモデル化する。
• 非完全な形式を用いて、インフレーション粒子（ρ_φ）、放射（ρ_r）、およびダーク放射（ε）のエネルギー密度の連立進化方程式を導出する。
• 時間に依存するスケール因子a(t)の仮定の下で、積分定数から得られるダーク放射項C/a⁴を含める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元バルク計量の非対角的成分は、braneインフレーション期におけるエントロピー生成およびダーク放射生成にどのように影響するか？
• RQ2 異方的ダーク放射が抑制され、初期核合成が成功するための条件は何か？
• RQ3 非完全なフレームおよび非線形接続の導入は、brane-worldモデルにおける標準的再熱ダイナミクスをどのように変更するか？
• RQ4 異方的散逸係数（Γ_D, Γ_D^y）は、最終的なダーク放射量を決定づける上で果たす役割は何か？
• RQ5 過剰なダーク放射を伴わずに、異方的インフレーションからの滑らかな脱出が達成可能か。そのために必要な制約は何か？

主な発見

• 不等式 |2Γ_B(m²−mₙ²−mₙ′²)−Γ_Dmₙ²−Γ_D^ymₙ′²| ≪ Γ_Dmₙ²+Γ_D^ymₙ′² が満たされない限り、顕著な異方的ダーク放射が再熱期に生成される。
• 非対角的計量成分の存在により、追加の散逸項が生じ、再熱ダイナミクスおよび核合成条件を顕著に変化させる可能性がある。
• 特定のモード励起がなければ、Γ_BがΓ_Dに対して極めて小さい場合を除き、ダーク放射が支配的になる。
• 局所的に等方的極限では、mₙ ≪ m でない限り、標準宇宙論に回帰しない。このとき、Γ_Bがきめ細かく調整されていなければ、ダーク放射が放射を上回る。
• 異方的項（mₙ′, Γ_D^y）は標準的な等方的制約を破る可能性があり、最終的なダーク放射量がモデルパラメータおよび異方性の種類に敏感になる。
• εをρ_rと比べて小さく保つためには、brane内での等方的および異方的エントロピー生成の両方が必要であり、初期核合成と整合性を保つために不可欠である。