[논문 리뷰] A dark energy scenario consistent with GW170817 in theories beyond Horndeski

Ryotaro Kase, Shinji Tsujikawa|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 08.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 GLPV 이론 내에서 삼차 및 사차 갈릴레온 상호작용을 가진 k-essence 라그랑지안을 사용하여 어두운 에너지 모델을 제안한다. 이 모델은 GW170817과 일치하는 후기 시공간 팽창을 가능하게 하며, $w_{\text{DE}} < -1$를 포함한 어두운 에너지 상태방정식의 넓은 진화 범위를 실현한다. 동시에 $\alpha_H$에 대한 제약과 $c_t = 1$을 충족한다.

ABSTRACT

The Gleyzes-Langlois-Piazza-Vernizzi (GLPV) theories up to quartic order are the general scheme of scalar-tensor theories allowing the possibility for realizing the tensor propagation speed $c_t$ equivalent to 1 on the isotropic cosmological background. We propose a dark energy model in which the late-time cosmic acceleration occurs by a simple k-essence Lagrangian analogous to the ghost condensate with cubic and quartic Galileons in the framework of GLPV theories. We show that a wide variety of the variation of the dark energy equation of state $w_{ m DE}$ including the entry to the region $w_{ m DE} 1$. For the case in which the deviation of $w_{ m DE}$ from $-1$ is significant at a later cosmological epoch, the values of $\mu$ and $\Sigma$ tend to be larger at low redshifts. We also find that our dark energy model can be consistent with the bounds on the deviation parameter $\alpha_{ m H}$ from Horndeski theories arising from the modification of gravitational law inside massive objects.

연구 동기 및 목표

• 후기 시공간 팽창을 지지하는 고차 GLPV 이론 내 어두운 에너지 모델을 구축하는 것.
• GW170817에서 유도된 중력파 속도 제약을 충족시키기 위해 $c_t = 1$을 확보하는 것.
• 어두운 에너지 상태방정식 $w_{\text{DE}}$가 우주 역사 전반에 걸쳐 어떻게 진화하는지 분석하며, 특히 $w_{\text{DE}} < -1$의 가능성도 탐색하는 것.
• 특히 질량이 큰 천체에서의 중력 이론 수정에 기인한 $\alpha_H$의 제약과의 일관성을 확보하는 것.

제안 방법

• GLPV 프레임워크 내에서 삼차 및 사차 갈릴레온 상호작용을 가진 k-essence 라그랑지안을 사용한다.
• 이론은 등방성 우주 배경에서 탄성파 전파 속도 $c_t = 1$을 보장하도록 구성되어 있어, GW170817 제약을 충족한다.
• 스칼라 장의 역학은 액션에서 유도되며, 효과적 어두운 에너지 상태방정식 $w_{\text{DE}}$는 장의 에너지 밀도와 압력으로부터 계산된다.
• 모델이 $\alpha_H$ 제약과 일관한지 평가하기 위해 질량이 큰 천체 내 중력 포텐셜의 수정을 분석한다.
• 적색편이에 따라 $w_{\text{DE}}$, $\mu$, $\Sigma$의 진화를 수치적으로 평가하여 시간에 따른 의존성을 연구한다.
• 모델 매개변수 공간을 스캔하여 $w_{\text{DE}}$가 뚜렷하게 진화하는 영역, 특히 페인텀 영역($w_{\text{DE}} < -1$)으로의 진화가 가능한 영역을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GLPV 이론 내 k-essence 모델이 $c_t = 1$을 유지하면서 후기 시공간 팽창을 실현할 수 있는가?
• RQ2 이 모델에서 어두운 에너지 상태방정식 $w_{\text{DE}}$는 어떻게 진화하는가? 특히 $w_{\text{DE}} < -1$로 햖을 때 어떻게 되는가?
• RQ3 $w_{\text{DE}}$가 $-1$에서 뚜렷하게 벗어나면 저적색편이에서 $\mu$와 $\Sigma$에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이 모델은 질량이 큰 천체에서 중력 수정에 기인한 $\alpha_H$ 제약과 일관한가?

주요 결과

• 이 모델은 GLPV 이론 내에서 삼차 및 사차 갈릴레온 상호작용을 가진 k-essence 라그랑지안을 통해 후기 시공간 팽창을 실현한다.
• 어두운 에너지 상태방정식 $w_{\text{DE}}$는 모델 매개변수에 따라 넓은 범위로 변화 가능하며, 페인텀 영역($w_{\text{DE}} < -1$)으로 진입할 수도 있다.
• 후기 시기에 $w_{\text{DE}}$가 $-1$에서 뚜렷하게 벗어나면, 저적색편이에서 $\mu$와 $\Sigma$가 증가한다.
• 특히 질량이 큰 천체 내 중력 법칙 수정에 기인한 Horndeski 이론의 $\alpha_H$ 제약과도 일관성을 유지한다.
• 등방성 배경에서 탄성파 전파 속도 $c_t$는 항상 1로 유지되어 GW170817 제약을 충족한다.
• 이 모델은 $c_t = 1$과 함께 풍부한 $w_{\text{DE}}$ 진화, 특히 페인텀 교차를 가능하게 하는 타당한 어두운 에너지 프레임워크를 제공한다.