[논문 리뷰] Accelerating cosmological expansion from shear viscosity

Stefan Floerchinger, N. Tetradis외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 11.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 어둠의 영역에서의 점성도가 우주 유체 역학에 대한 역작용 효과를 유도할 수 있으며, 평균화된 장의 시간 진화를 수정하고 관측된 우주의 팽창 가속화를 이끌 수 있다고 제안한다. 이 메커니즘은 속도 편미분에서의 에너지 소산에서 기인하며, 충분히 큰 점성도가 존재할 경우 효과적인 암흑 에너지 유사 행동을 유도한다.

ABSTRACT

The dissipation of energy from local velocity perturbations in the cosmological fluid affects the time evolution of spatially averaged fluid dynamic fields and the cosmological solution of Einstein's field equations. We show how this backreaction effect depends on shear and bulk viscosity and other material properties of the dark sector, as well as the spectrum of perturbations. If sufficiently large, this effect could account for the acceleration of the cosmological expansion.

연구 동기 및 목표

• 우주의 유체에서의 점성도가 아인슈타인 장 방정식의 평균화된 역학에 어떤 영향을 미치는지 조사하는 것.
• 어둠의 영역에서의 비틀림 점성도와 부피 점성도가 우주 팽창 가속화를 설명할 수 있을 정도로 충분한 역작용 효과를 생성할 수 있는지 판단하는 것.
• 이 효과가 유체 내 속도 편미분의 스펙트럼과 어둠의 영역의 물질적 성질에 어떻게 의존하는지 분석하는 것.
• 점성도 기반의 역작용이 관측된 우주의 팽창 가속화에 대한 대체적 설명이 될 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 효과적 스트레스-에너지 텐서에 비틀림 점성도와 부피 점성도 항을 포함한 천체 유체 역학을 적용한다.
• 유체 역학 방정식에 공간 평균화를 적용하여 점성 소산 하에서 평균화된 장의 시간 진화를 유도한다.
• 아인슈타인 장 방정식과 점성 유체 모델을 결합하여 수정된 우주론적 해를 유도한다.
• 역작용이 편미분 스펙트럼과 비틀림 점성도 대비 부피 점성도의 기여 비율에 어떻게 의존하는지 분석한다.
• 국소적 속도 편미분에서 발생하는 에너지 소산을 모델링하기 위해 비평형 열역학을 통합한다.
• 효과적 상태 방정식을 비교하여 모델이 관측된 우주의 팽창과 일관성을 유지하는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어둠의 영역에서의 비틀림 점성도가 우주 팽창 가속화를 이끌 수 있을 정도로 강력한 역작용 효과를 생성할 수 있는가?
• RQ2 비틀림 점성도와 부피 점성도가 평균화된 우주론적 장의 시간 진화에 각각 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 역작용이 유체 내 속도 편미분 스펙트럼에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 점성 소산이 어떤 조건에서 암흑 에너지를 모방하는 효과적인 음압을 유도하는가?
• RQ5 이 점성도 기반의 역작용 메커니즘이 새로운 장을 도입하지 않고도 관측된 후기 우주 팽창 가속화를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 비틀림 점성도는 우주의 유체 효과적 역학을 수정하는 역작용 효과에 기여한다.
• 역작용은 속도 편미분의 스펙트럼과 어둠의 영역의 물질적 성질에 의해 결정적으로 좌우된다.
• 점성도가 충분히 크다면 효과적 상태 방정식은 음수가 될 수 있으며, 암흑 에너지와 유사한 행동을 보인다.
• 이 메커니즘은 새로운 기본 장을 요구하지 않고도 우주의 팽창 가속화에 대한 잠재적 대체 설명을 제공한다.
• 모델은 국소적 속도 편미분에서 발생하는 에너지 소산이 비파erturbative 평균화 효과를 통해 순수한 가속도를 유도할 수 있음을 보여준다.
• 결과는 점성도 기반의 역작용이 우주의 관측 팽창률을 설명하는 데 우도장이나 퀘이니세스를 도입하지 않아도 된다는 것을 시사한다.