[논문 리뷰] Brans-Dicke Theory and PBH in Early Matter-Dominated Era

Bibekananda Nayak, Lambodar P. Singh|arXiv (Cornell University)|2009. 05. 22.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 브란스-딕 테오리에서 중력이 기술되는 초기 물질 지배 시대에 원시 블랙홀(PBHs)이 형성될 수 있으며, 이로 인해 표준 복사 지배 시나리오보다 수명이 길고 현재의 존재 비율이 더 높아진다고 제안한다. 수정된 중력 프레임워크는 PBH 형성에 기여하여 전통적인 모델에 비해 더 강력한 관측 제약 조건을 부과한다.

ABSTRACT

We have shown that PBHs can be formed in the matter-dominated era if gravity is described by Brans-Dicke theory. Considering an early matterdominated era in between inflation and reheating, we found that the PBHs which are formed during this era lives longer than the standard case where PBHs are formed in early radiation-dominated era. Thus in comparison with stanard scenario more number of PBHs are existing today. Again the constraint on PBH formation becomes stronger than the standard case indicating a significant enhancement in the formation of PBH during the matterdominaed era.

연구 동기 및 목표

• 인플레이션 이후 초기 물질 지배 시대에서 브란스-딕 중력 이론에 따라 원시 블랙홀(PBHs)의 형성을 연구하는 것.
• 브란스-딕 중력 이론이 표준 복사 지배 시나리오와 비교해 PBH 수명과 현재 존재 비율에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 초기 우주에서 수정된 중력 역학으로 인해 PBH 형성에 대한 더 강력한 제약 조건을 유도하는 것.

제안 방법

• 인플레이션과 재가열 사이의 초기 물질 지배 시대를 모델링하며, 브란스-딕 이론에서 비최소 결합을 가정한다.
• 브란스-딕 중력 하에서 밀도 불안정의 성장을 분석하여 PBH 형성 조건을 규명한다.
• 수정된 중력 역학을 사용하여 물질 지배 시대에 형성된 PBH의 수명을 계산한다.
• 결과적으로 도출된 PBH 존재 비율과 제약 조건을 복사 지배 시대에 PBH가 형성되는 표준 시나리오와 비교한다.
• 브란스-딕 이론에서의 효과적 중력 상수를 사용하여 PBH 형성의 임계 붕괴 조건을 수정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 브란스-딕 중력 하에서 초기 물질 지배 시대에 PBH가 형성될 수 있는가?
• RQ2 물질 지배 시대에 형성된 PBH의 수명은 표준 복사 지배 시대에 형성된 것과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 브란스-딕 중력 이론이 현재 PBH 존재 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이 수정된 중력 프레임워크 하에서 PBH 형성에 대한 관측 제약 조건은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 브란스-딕 이론 하에서 물질 지배 시대에 형성된 PBH는 수정된 중력 역학으로 인해 표준 시나리오보다 수명이 더 길다.
• 브란스-딕 물질 지배 시나리오에서는 표준 복사 지배 사례에 비해 현재 PBH 존재 비율이 상당히 높다.
• 이 프레임워크에서는 PBH 형성에 대한 제약 조건이 더 강력하여 PBH 생성의 뚜렷한 증가 효과가 나타난다.
• 브란스-딕 이론의 비최소 결합은 더 높은 효과적 중력 강도를 유도하여 물질 지배 기간 동안 PBH 형성에 유리하게 작용한다.