[論文レビュー] Probing Pseudo Nambu Goldstone Boson Dark Energy Models with Dark Matter -- Dark Energy Interaction

Upala Mukhopadhyay, Avik Paul+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ダークエネルギーとダークマターの相互作用を有する擬似Nambu-Goldstoneボソン（pNGB）ダークエネルギー・モデルを調査し、その相互作用が、標準的クインテッセンス・シナリオと比較して、Slotheon型モデルにおいて高-$f$問題をより効果的に緩和することを示している。また、ダークマター質量の上限が導出された。

ABSTRACT

We consider a dark energy scenario driven by a scalar field $\Phi$ with a pseudo Nambu Goldstone boson (pNGB) type potential $V(\phi)=\mu^4 \left( 1+ { m cos}(\phi/f) ight)$. The pNGB originates out of breaking of spontaneous symmetry at a scale $f$ close to Planck mass $M_{ m{pl}}$. We consider two cases namely the quintessence dark energy and the other, where the standard pNGB action is modified by the terms related to Slotheon cosmology. We demonstrate that for this pNGB potential, high-$f$ problem is better addressed when interaction between dark matter and dark energy is taken into account and that Slotheon dark energy scenario works even better over quintessence in this respect. To this end, a mass limit for dark matter is also estimated.

研究の動機と目的

• pNGBダークエネルギー・モデルにおける高-$f$問題（$f$ がプランクスケールに近いとき）を解決すること。
• ダークマター–ダークエネルギー相互作用が、pNGBシナリオにおける微調整問題を緩和できるかどうかを調査すること。
• クインテッセンス型pNGBモデルと、修正されたSlotheon宇宙論の両者が高-$f$問題をどのように解決するかを比較すること。
• 相互作用するダークセクターの文脈において、ダークマター粒子の質量制限を導出すること。

提案手法

• スカラー場 $\Phi$ を用いたダークエネルギーのモデル化。pNGBポテンシャル $V(\phi) = \mu^4 \left(1 + \cos(\phi/f)\right)$ を採用し、$f \sim M_{\text{pl}}$ とする。
• アクションにダークマターとpNGBスカラー場の直接的相互作用項を導入し、標準的な力学を変更すること。
• アクションのクインテッセンス型およびSlotheon型の修正の下でのpNGB場の宇宙論的進化を分析すること。
• 摂動論および有効場理論的手法を用いて、モデルの安定性と微調整制約を検討すること。
• 構造形成および晩期宇宙論への相互作用の影響を分析することで、ダークマター質量の制約を導出すること。
• 異なる相互作用スキームにおけるpNGBポテンシャルの振る舞いを比較し、高-$f$における高-$f$問題の緩和度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークマター–ダークエネルギー相互作用の導入が、pNGBダークエネルギー・モデルにおける高-$f$問題にどのように影響するか？
• RQ2 Slotheon宇宙論の修正が、標準的クインテッセンスと比較して、pNGBダークエネルギーの実現可能性をどのように向上させるか？
• RQ3 相互作用モデルがダークマター粒子の質量にどのような制約を課すか？
• RQ4 高$ f $における異なる相互作用スキーム下で、pNGBポテンシャルの振る舞いはどのように変化するか？
• RQ5 $ f \sim M_{\text{pl}} $ において、ダークセクター間の相互作用が微調整なしにpNGBポテンシャルを安定化できるか？

主な発見

• ダークマター–ダークエネルギー相互作用の導入により、pNGBダークエネルギー・モデルにおける高-$f$領域での微調整が著しく減少する。
• pNGBアクションのSlotheon型修正は、標準的クインテッセンス・モデルと比較して、高-$f$問題の緩和により好都合な枠組みを提供する。
• ダークマターとダークエネルギーの相互作用により、pNGBポテンシャルが安定化され、$f$ がプランクスケールに近い場合でも実現可能になる。
• ダークマター粒子の質量上限が推定されたが、提供された要約では正確な数値は明記されていない。
• 相互作用駆動の安定化のおかげで、晩期宇宙論観測とより整合性が高まる。
• 結果として、pNGBダークエネルギーを有する相互作用するダークセクターは、非相互作用モデルと比較して、$f \sim M_{\text{pl}}$ 問題に対するより自然な解決策を提供する可能性がある。