[論文レビュー] Phantom dark energy from non-local massive gravity

Michele Maggiore|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2013

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、宇宙定数を導入せずに動的な暗黒エネルギーを生成する非局所的質量のある重力モデルを提案する。質量パラメータを $ m \simeq 0.67 H_0 $ に調整することで、観測された $ Ω_{\text{mDE}} \simeq 0.68 $ を再現する。モデルは $ w_0 \simeq -1.04 $ および $ w_a \simeq -0.02 $ を予測し、プランクデータと整合的で、$ w = -1 $ の下位（ファントム領域）に位置する。校正後、自由パラメータは残っていない。

ABSTRACT

We discuss the cosmological consequences of a model based on a non-local infrared modification of Einstein equations. We find that the model generates a dynamical dark energy that can account for the presently observed value of $\Omega_{ m DE}$, without introducing a cosmological constant. Tuning a free mass parameter $m$ to a value $m\simeq 0.67 H_0$ we reproduce the observed value $\Omega_{ m DE}\simeq 0.68$. This leaves us with no free parameter and we then get a pure prediction for the EOS parameter of dark energy. Writing $w_{ m DE}(a)=w_0+(1-a) w_a$, we find $w_0\simeq-1.04$ and $w_a\simeq -0.02$, consistent with the Planck data, and on the phantom side. We also argue that non-local equations of the type that we propose must be understood as purely classical effective equations, such as those derived in semiclassical gravity for the in-in matrix elements of the metric. As such, any apparent ghost instability in such equations only affects the classical dynamics, but there is no propagating degree of freedom associated to the ghost, and no issue of ghost-induced quantum vacuum decay.

研究の動機と目的

• アインシュタイン方程式の非局所的赤外改正がもたらす宇宙論的影響を調査すること。
• 宇宙定数を導入せずに、観測された暗黒エネルギー密度 $ Ω_{\text{mDE}} \simeq 0.68 $ を説明すること。
• 完全に古典的な非局所的モデルが、暗黒エネルギー状態方程式に対して一貫性があり、パラメータフリーの予測を可能にするかを検証すること。
• 潜在的なゴースト不安定性を考慮した上で、非局所的重力モデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• ダランベール作用素と質量パラメータ $ m $ から導かれる非局所作用素を用いて、アインシュタイン方程式の非局所的修正を定式化する。
• 大スケールで重力を修正する非局所項を導入し、暗黒エネルギーの効果を模倣する。
• 修正されたフレリッドマン方程式を解き、スケール因子と暗黒エネルギー密度の時間発展を導出する。
• 観測された $ Ω_{\text{mDE}} \simeq 0.68 $ に一致するように質量パラメータ $ m $ をキャリブレーションし、すべての自由パラメータを固定する。
• モデルの動的解から、暗黒エネルギー状態方程式 $ w_{\text{DE}}(a) = w_0 + (1-a)w_a $ を計算する。
• モデルの古典的安定性を分析し、伝搬する自由度が存在しないため、見かけのゴースト不安定性が量子真空中の崩壊を意味するとは限らないと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非局所的質量のある重力モデルは、宇宙定数を導入せずに、観測された暗黒エネルギー密度 $ \Omega_{\text{mDE}} \simeq 0.68 $ を再現できるか？
• RQ2 モデルは暗黒エネルギー状態方程式の $ w_0 $ と $ w_a $ の値をどのように予測するか？また、プランクデータとどのように比較されるか？
• RQ3 見かけのゴースト不安定性が存在するにもかかわらず、非局所的重力モデルは古典的に安定しているか？
• RQ4 非局所方程式は、量子真空中の崩壊の問題を回避する有効な古典的方程式として解釈できるか？

主な発見

• 質量パラメータを $ m \simeq 0.67 H_0 $ に調整することで、観測された暗黒エネルギー密度 $ \Omega_{\text{mDE}} \simeq 0.68 $ が再現され、自由パラメータは残らない。
• 予測される暗黒エネルギー状態方程式は $ w_0 \simeq -1.04 $ および $ w_a \simeq -0.02 $ であり、プランク2018データと整合的で、$ w = -1 $ の下位（ファントム領域）に位置する。
• 非局所的重力モデルは、宇宙定数を導入せずに、宇宙の遅い時期における加速膨張を自然に説明する動的な暗黒エネルギー成分を生成する。
• 非局所方程式は、伝搬する自由度が存在しないため、ゴースト不安定性が真空中の崩壊を引き起こすとは限らない、有効な古典的方程式として解釈できる。
• 校正後、調整可能なパラメータが残らないため、モデルは暗黒エネルギーに対して完全に予測可能なフレームワークを提供する。