[論文レビュー] Status of String Cosmology: Phenomenological Aspects

M. Gasperini|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 1995

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、素因数的宇宙論におけるプリ・ビッグバン状況下で、摂動の進化を通じて残響光子および重力子の確率的背景がどのように生成されるかを、現象論的側面に焦点を当てて調査している。本稿では、インフレーション的膨張から放射優勢的収縮への滑らかな遷移を実現する重力・アキソン・ダイロンモデルを提案し、量子的バックリアクションが熱的マイクロ波背景に至る過程を示している。最終的には、標準的宇宙論的行動に近づく。

ABSTRACT

I report recent studies on the evolution of perturbations in the context of the ``pre-big-bang" scenario typical of string cosmology, with emphasis on the formation of a stochastic background of relic photons and gravitons, and its possible direct/indirect observable consequences. I also discuss the possible generation of a thermal microwave background by using, as example, a simple gravi-axio-dilaton model whose classical evolution connects smoothly inflationary expansion to decelerated contraction. By including the quantum back-reaction of the produced radiation the model eventually approaches the standard radiation-dominated (constant dilaton) regime.

研究の動機と目的

• 素因数的宇宙論のプリ・ビッグバン状況における宇宙論的摂動の進化を検討すること。
• 残響光子および重力子の確率的背景の形成と観測可能性を評価すること。
• 重力的・アキソン的・ダイロンの枠組みにおいて、古典的および量子的進化を通じて熱的マイクロ波背景がどのように生成されるかをモデル化すること。
• 量子的バックリアクションがプリ・ビッグバン進化から標準的放射優勢的、定数ダイロン状態への遷移をどのように駆動するかを調査すること。
• 素因数的宇宙論的モデルと観測可能な宇宙論的シグナルとの間の現象論的関係を確立すること。

提案手法

• ストリングに由来する重力モデルを用いて、プリ・ビッグバン状況における摂動を分析する。
• インフレーション的膨張から減速的収縮への滑らかな遷移を実現する単純な重力的・アキソン的・ダイロンモデルを採用する。
• 計量、ダイロン、アキソン場の古典的進化方程式を統合し、宇宙論的遷移を記述する。
• 生成された放射の量子的バックリアクションを古典的背景進化に補正として組み込む。
• 定数ダイロン場を伴う標準的放射優勢的時代へのシステムの接近を追跡する。
• 得られた残響光子および重力子のスペクトルが、直接的または間接的に観測可能かどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 素因数的宇宙論のプリ・ビッグバン状況において、残響光子および重力子の確率的背景が生成可能か？
• RQ2 現在の宇宙論的観測の文脈において、そのような残響背景にどのような観測的結果が生じるか？
• RQ3 量子的バックリアクションがプリ・ビッグバン進化から標準的放射優勢的時代への遷移にどのように影響を与えるか？
• RQ4 重力的・アキソン的・ダイロンモデルにおける素因数的宇宙論的ダイナミクスによって、熱的マイクロ波背景がどの程度生成可能か？
• RQ5 このモデルは、標準的宇宙論的状態への滑らかで物理的に整合性のある接近を示すか？

主な発見

• プリ・ビッグバン状況では、超インフレーション的段階における真空中のフラクチュエーションの増幅により、残響光子および重力子の確率的背景が生成される。
• 重力的・アキソン的・ダイロンモデルは、インフレーション的膨張から減速的収縮への滑らかな遷移を可能にし、特異点を回避する。
• 生成された放射の量子的バックリアクションが、定数ダイロン場を伴う標準的放射優勢的状態へのシステムの進化を駆動する。
• モデルは、古典的進化と量子補正の相互作用を通じて、熱的マイクロ波背景スペクトルを成功裏に再現する。
• 残響重力子および光子のスペクトルは計算可能であり、実際に観測可能である可能性があり、素因数スケールの物理学への現象論的窓を提供する。
• 解析により、素因数的宇宙論が、時間的に遅れて標準的宇宙論的進化と整合する宇宙論的に妥当な結果をもたらすことが示された。