[논문 리뷰] A theoretical model of Dark Energy Stars in Einstein-Gauss-Bonnet Gravity

Manuel Malaver, Hamed Daei Kasmaei외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 16.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 아인슈타인-가우스-보넬 중력 이론 내에서 어둠침 에너지 성간의 이론적 모델을 제안한다. 수정된 Korkina-Orlyanskii 계량 잠재력 잠재함수를 사용하여 음의 이방성 압력과 어둠침 에너지 상태 방정식(pr = ωρ)을 가진 상대론적 성간 해를 유도한다. 이러한 해들은 특정한 가우스-보넬 결합 상수 값에 대해 정칙하고 물리적으로 타당하다. 다만 인과성 조건과 강한 에너지 조건을 위반한다.

ABSTRACT

Dark energy stars research is an issue of great interest since recent astronomical observations with respect to measurements in distant supernovas, cosmic microwave background and weak gravitational lensing confirm that the universe is undergoing a phase of accelerated expansion and this cosmological behavior is caused by the presence of a cosmic fluid which has a strong negative pressure that allows to explain the expanding universe. In this paper, we obtained new relativistic stellar configurations within the framework of Einstein-Gauss-Bonnet (EGB) gravity considering negative anisotropic pressures and the equation of state pr=ω {ho} where pr is the radial pressure, ω is the dark energy parameter, and {ho} is the dark energy density. We have chosen a modified version of metric potential proposed by Korkina-Orlyanskii (1991). For the new solutions we checked that the radial pressure, metric coefficients, energy density and anisotropy are well defined and are regular in the interior of the star and are dependent of the values of the Gauss-Bonnet coupling constant. The solutions found can be used in the development of dark energy stars models satisfying all physical acceptability conditions, but the causality condition and strong energy condition cannot be satisfied.

연구 동기 및 목표

• 아인슈타인-가우스-보넬 중력 이론의 맥락에서 어둠침 에너지 성간의 이론적 모델을 개발하는 것.
• 음의 이방성 압력과 어둠침 에너지 상태 방정식(pr = ωρ)을 가진 성간 구성을 연구하는 것.
• 계량 계수, 에너지 밀도, 압력의 정칙성과 유한성을 포함하여 해의 물리적 타당성을 확보하는 것.
• 해의 성격이 가우스-보넬 결합 상수에 따라 어떻게 달라지는지 분석하는 것.
• 해들이 인과성과 강한 에너지 조건과 같은 주요 물리 조건을 만족하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 상대론적 성간의 내부 해를 구성하기 위해 Korkina-Orlyanskii 계량 잠재함수의 수정된 형태를 사용한다.
• 반경 방향 압력을 어둠침 에너지 상태 방정식 pr = ωρ로 모델링하며, 여기서 ω는 어둠침 에너지 매개변수이다.
• 에너지 밀도와 이방성은 아인슈타인-가우스-보넬 중력 이론의 장 방정식에서 유도된다.
• 성간의 중심과 표면에서의 정칙성과 유한성을 확인하기 위해 해를 검토한다.
• 계량 성분, 에너지 밀도, 압력, 이방성의 행동을 분석하여 해의 물리적 타당성을 평가한다.
• 유도된 해를 사용하여 인과성 조건과 강한 에너지 조건을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어둠침 에너지 유사 상태 방정식을 가진 아인슈타인-가우스-보넬 중력 이론 내에서 안정적이고 정칙적인 성간 구성을 구축할 수 있는가?
• RQ2 가우스-보넬 결합 상수가 어둠침 에너지 성간의 물리적 성질에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 유도된 해들이 정칙성과 유한성과 같은 표준 물리적 타당성 조건을 만족하는가?
• RQ4 해들이 인과성과 강한 에너지 조건을 어느 정도 위반하는가?
• RQ5 수정된 Korkina-Orlyanskii 계량 잠재함수는 고곡률 중력 이론 내에서 타당한 어둠침 에너지 성간 모델을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 계량 잠재함수, 에너지 밀도, 반경 압력과 탄성 압력, 이방성은 성간 내부 전역에서 정칙하고 유한하다.
• 반경 압력, 에너지 밀도, 이방성은 모두 가우스-보넬 결합 상수의 값에 명시적으로 의존한다.
• 인과성과 강한 에너지 조건을 제외한 모든 물리적 타당성 조건은 해가 만족한다.
• 인과성 조건이 위반되며, 이는 성간의 일부 영역에서 음파의 위상 속도가 빛의 속도를 초과함을 나타낸다.
• 강한 에너지 조건 역시 위반되며, 이는 어둠침 에너지가 주도하는 우주의 가속 팽창과 일치한다.
• 이 모델은 고곡률 중력 이론 내 어둠침 에너지 성간에 대해 타당한 프레임워크를 제공하지만, 근본적인 물리적 제약가 존재한다.