[論文レビュー] The limit on $w'$ for tachyon dark energy

Ximing Chen, Yungui Gong|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、タキオンダークエネルギー場における状態方程式パラメータ $w'$ の一般およびモデル特異的な上限を導出しており、$w$ が -1 に近いとき、スカラー場のダイナミクスが $\Lambda$CDM と区別できなくなることを示している。また、特にトラッカー・タキオンモデルでは $w' > 2w(1+w)$ というよりきつい上限を得るには、観測的制約を約 50% よりよくする必要があると結論している。

ABSTRACT

We get the same degeneracy relation between $w_0$ and $w_a$ for the tachyon fields as for quintessence and phantom fields. Our results show that the dynamics of scalar fields with different origins becomes indistinguishable when the equation of state parameter $w$ does not deviate too far away from -1, and the time variation $w'$ satisfies the same bound for the same class of models. For the tachyon fields, a limit on $w'$ exists due to the Hubble damping and we derived the generic bounds on $w'$ for different classes of models. We may distinguish different models in the phase plane of $w-w'$. The current constraints on $w$ and $w'$ are consistent with all classes of models. We need to improve the constraint on $w'$ by 50% to distinguish different models.

研究の動機と目的

• タキオンダークエネルギー場における $w'$ の一般およびモデル特異的な上限を導出すること。
• 異なるダークエネルギーモデル（解き放たれる、凍結する、トラッカー）が $w$-$w'$ 領域で区別可能かどうかを調査すること。
• 現在の $w_0$ および $w_a$ の観測的制約を評価し、タキオンモデルと他のスカラー場モデルを区別するための必要な改善を同定すること。
• SSLCPLパラメータ化をタキオン場に一般化し、$w_0$ と $w_a$ 間のデゲネラシー関係を確立すること。
• ハッブル減衰および音速が、タキオン場の $w'$ 制約に果たす役割を分析すること。

提案手法

• タキオン場に対して $w = \epsilon \dot{\phi}^2 - 1$ を導出し、$\gamma_t = 1 + w = \epsilon \dot{\phi}^2$ を導入する。
• トラッカー方程式 $X'_{trk} = \frac{6w_{trk}}{1 - 2w_{trk}}$ を適用し、トラッカー・タキオン場の $w'$ に対するよりきつい上限を導出する。
• 一般関係 $w \approx \frac{1}{3} \Omega_\phi^{-1} - 1$ を用いて、タキオンモデルの $w_0$ と $w_a$ を結ぶ SSLCPL パラメータ化を導出する。
• SNLS3、Planck、BAO、$H(z)$ データからの観測的制約を適用し、$w_0$ と $w_a$ の現在の $1\sigma$ および $2\sigma$ の等高線を評価する。
• 導出された上限と観測的等高線を比較し、$w$-$w'$ 平面上でのモデルの区別可能性を評価する。
• $V(\phi) = \phi^n$ のタキオン場方程式を数値的に解き、$w'$ の導出された上限の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タキオンダークエネルギー場における $w'$ の一般上限は何か？ また、クインテシスおよびファントム場のそれと比べてどうか？
• RQ2 現在の観測データを用いて、異なるタイプのタキオンモデル（解き放たれる、凍結する、トラッカー）が $w$-$w'$ 領域で区別可能か？
• RQ3 トラッカー・タキオン場の $w'$ の最もきつい上限は何か？ また、$w$ および音速 $c_s^2$ にどのように依存するか？
• RQ4 他のダークエネルギーモデルとタキオンモデルを区別するには、$w_a$ の制約をどの程度改善する必要があるか？
• RQ5 クインテシスおよびファントム場と同様に、タキオン場に対しても $w_0$ と $w_a$ 間の同じデゲネラシー関係が成り立つか？

主な発見

• タキオン場に対しても、クインテシスおよびファントム場と同様に、$w_0$ と $w_a$ 間の同じデゲネラシー関係が成り立つ。これにより、SSLCPL パラメータ化が可能になる。
• $w > -1$ のトラッカー・タキオン場では、$w'$ の下限が $w' > 2w(1 + w)$ となる。これは一般の凍結モデルの上限よりもきつい。
• $w < -1$ のトラッカー・タキオン場では、$w'$ の上限が $w' < -\frac{6w^2}{1 - 2w}(1 + w)$ となる。これは一般の凍結モデルの上限よりも制限が厳しい。
• 現在の観測的制約 $w_0 = -1.10^{+0.17}_{-0.10}$ および $w_a = 0.08^{+0.32}_{-0.76}$ は、すべてのモデルクラスと整合的だが、それらを区別することはできない。
• 異なるタキオンモデルを区別するには、$w_a$ の制約を最大で 50% よりよくする必要があり、$|\delta w_a| < 0.4$ が必要となる。
• 一般的な $w'$ の上限は $\sim w(1 + w)$ であり、特にトラッカー場では $2w(1 + w)$ にまできつくなる。これは $w = -1$ の近くで $w'$ が強く制約されることを示している。