[論文レビュー] The Effects of Temperature Related Viscosity on Cosmological Evolution

Jiaxin Wang, Xinhe Meng|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2013

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、温度に依存する体積粘性を有する修正された $Λ$CDM モデルを提案し、チャップマンの式およびサザーランドの式を用いて宇宙の進化を研究する。$Λ$CDM-V モデルは、宇宙年齢を増大させ、将来の特異性を回避し、不完全流体から完全流体への滑らかな移行を可能にする。これは標準モデルに対する物理的に妥当な拡張を提供する。

ABSTRACT

Bulk viscosity has been intrinsically existing in the observational cosmos evolution with various effects for different cosmological evolution stages endowed with complicated cosmic media. Normally in the idealized cosmology the physical viscosity effect is often negligent in some extent by assumptions, except for galaxies formation and evolution or the like astrophysics phenomena. Actually we have not fully understood the physical origin and effects of cosmic viscosity, including its functions for the universe evolution in reality. In this present article we extend the concept of temperature-dependent viscosity from classical statistical physics to observational cosmology, especially we examine the cosmological effects with possibility of the existence for two kinds of viscosity forms, which are described by the Chapman's relation and Sutherland's formula respectively. By considering that a modification of standard model with viscosity named as $\Lambda$CDM-V model is constructed, which is supported by data fitting. In addition to the enhancement to cosmic age value, the $\Lambda$CDM-V model possesses other two pleasing features: the prediction about the no-rip/singularity future and the mechanism of smooth transition from imperfect cosmological models to perfect ones.

研究の動機と目的

• 温度に依存する体積粘性の宇宙的進化における物理的役割を調査すること。
• 古典的統計力学からの粘性効果を組み込むことによって、標準 $Λ$CDM モデルを拡張すること。
• 粘性が、宇宙年齢の過小評価や将来の特異性といった問題を解決できるかどうかを評価すること。
• 宇宙モデルにおける不完全流体から完全流体への挙動への移行を検討すること。

提案手法

• 宇宙媒質における温度依存性の体積粘性をモデル化するために、チャップマンの関係式とサザーランドの公式を採用する。
• 有効エネルギー運動量テンソルに粘性を埋め込むことによって、修正された $Λ$CDM-V モデルを構築する。
• 観測データに $Λ$CDM-V モデルをフィットさせ、粘性パラメータを制約する。
• 粘性による宇宙の力学的進化を分析し、宇宙年齢および将来の特異性の条件を評価する。
• 粘性の減衰挙動を用いて、不完全流体から完全流体への移行の滑らかさを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温度に依存する体積粘性は、宇宙の予測される年齢にどのように影響を与えるか？
• RQ2 粘性は、『リップ』シナリオなどの将来の宇宙的特異性を防げるか？
• RQ3 粘性の導入により、不完全流体から完全流体への宇宙的進化における移行がどのように滑らかになるか？
• RQ4 データフィッティングから得られる粘性パラメータの観測的制約は何か？

主な発見

• $Λ$CDM-V モデルは、標準 $Λ$CDM モデルと比較して、予測される宇宙年齢を増大させる。
• 粘性の減衰効果により、『リップ』や有限時間特異性などの将来の特異性を回避する。
• 粘性は、宇宙的進化における不完全流体から完全流体への挙動への滑らかな移行を可能にする。
• モデルはデータフィッティングによって支持されており、観測的制約と整合的であることが示された。