[論文レビュー] Transient Acceleration in Extended Quartessence

Neven Bilić, Gary B. Tupper+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、チャプリジンガスモデルのパラメータAをスカラー場のポテンシャルへと拡張することで、赤方偏移ゼロ付近で一時的な宇宙膨張を可能にする。モデルはダークマターとダークエネルギーを統一するが、構造形成の問題は解決しない。一方で、スカラー場のダイナミクスによって一時的な加速膨張の段階を実現している。

ABSTRACT

We extend the Chaplygin gas model for dark matter and dark energy unification (quartessence) by promoting the Chaplygin gas parameter A to the potential for an extra scalar with canonical kinetic energy. The extended model allows for accelerated Hubble expansion to be a transient effect around redshift zero. However, the structure formation problem remains unsolved. The discovery of accelerated Hubble expansion [1, 2] has presented physics with a profound challenge: to account for a critical universe in which 74 % is in the form of ‘dark energy ’ with an equation of state wDE ≡ pDE/ρDE ≃ −1. Aside from the obvious cosmological constant Λ, a variety of models based on ‘quintessence ’ [3] and ‘k-essence ’ [4] have been put forward; for reviews, see [5]. One characteristic of the aforementioned models is the assumption that dark energy is separate and distinct from dark matter which comprises 22 % of the universe with wDM = 0, the remaining 4 % being ordinary baryonic matter. A rather different idea, which has been dubbed quartessence [6], is that both dark energy and dark matter are aspects of a unified theory. The first definite quartessence model [7, 8, 9]

研究の動機と目的

• チャプリジンガスモデルにインspiredされ、宇宙定数問題を解決するためにダークマターとダークエネルギーを1つの流体に統合すること。
• 加速膨張が宇宙の恒久的特徴ではなく、一時的な現象であるかどうかを検討すること。
• チャプリジンガスモデルのスカラー場拡張が、宇宙定数の動的代替としての妥当性を調査すること。
• モデルが観測された宇宙加速を再現しつつ、構造形成の制約と整合性を保っているかどうかを評価すること。

提案手法

• チャプリジンガスのパラメータAを、カノニカルな運動エネルギーを持つスカラー場のポテンシャルへと昇格する。
• 一般化チャプリジンガスの状態方程式を再現するスカラー場の有効作用を構築する。
• スカラー場ラグランジアンからフリードマン方程式を導出し、ハッブル膨張歴を分析する。
• 状態方程式の赤方偏移依存性を分析し、z ≈ 0 の周辺での一時的加速を特定する。
• スカラー場のダイナミクスを用いて、物質支配からダークエネルギー的挙動への遷移をモデル化する。
• モデルが宇宙加速と構造形成の観測制約と整合しているかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャプリジンガスモデルのスカラー場拡張は、赤方偏移ゼロを中心とした一時的宇宙加速を生じさせることができるか？
• RQ2 この拡張モデルにおける統合ダークエネルギーの状態方程式は、時間とともにどのように変化するか？
• RQ3 モデルは宇宙定数を必要とせずに、観測された晩期加速を成功裏に再現できるか？
• RQ4 このモデルは、宇宙の大規模構造形成にどのような影響を及えるか？
• RQ5 一時的加速を達成しているにもかかわらず、なぜこのモデルは構造形成問題を解決できないのか？

主な発見

• 拡張されたクォーターレスンモデルは、スカラー場ポテンシャルのダイナミクスのおかげで、赤方偏移ゼロの周辺に一時的な宇宙加速を許容する。
• 状態方程式パラメータwDEは、宇宙定数の境界（w = -1）を越えて変化し、一時的な加速膨張の段階を可能にする。
• モデルは、スカラー場ラグランジアンから導かれる統一された状態方程式を持つ1つの流体として、ダークマターとダークエネルギーを統合する。
• 一時的加速に成功したにもかかわらず、モデルは構造形成問題を解決できない。これは根本的な制限を示している。
• スカラー場のカノニカルな運動エネルギーは標準的な場のダイナミクスを保証するが、晩期における構造成長の安定化には寄与しない。
• z ≈ 0 におけるモデルの振る舞いは、現在の宇宙加速観測と整合的であるが、長期的な構造形成とは一致しない。