[논문 리뷰] Cosmological models with Big rip and Pseudo rip Scenarios in extended theory of gravity

Pratik P. Ray, Sankarsan Tarai외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 07.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 64인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 f(R, T) 중력에서 완전한 유체 소스와 비등방성 Bianchi V 시공간을 사용하여 Big Rip (BR) 및 Pseudo Rip (PR) 우주론적 모델을 제안한다. 양 모델이 파라미터 조건을 위반하는 괴상한 행동을 보이며, 강한 에너지 조건을 위반함을 입증하고, 결합 매개변수 γ가 우주의 진화에 상당한 영향을 미친다. BR 모델은 약 ~220억 년 이내에 유한한 시간 내의 특이점을 예측하는 반면, PR 모델은 현재 시점에서 EoS 매개변수 ω ≈ −1.000015를 보이며 안정적이고 발산하지 않는 팽창을 보이며, 저시기에는 ΛCDM와 겹친다.

ABSTRACT

In this paper, we have presented the big rip and pseudo rip cosmological models in an extended theory of gravity. The matter field is considered to be that of perfect fluid. The geometrical parameters are adjusted in such a manner that it matches the prescriptions given by cosmological observations, to be specific to the range of Hubble tension $(H_{0})$. The models favor phantom behavior. The violation of strong energy conditions are shown in both the models, as it has become essential in an extended gravity. The representative values of the coupling parameter are significant on the evolution of the universe.

연구 동기 및 목표

• 확장된 중력, 특히 f(R, T) 중력의 맥락에서 향후 유한한 시간 내 특이점인 Big Rip (BR) 및 Pseudo Rip (PR)을 조사한다.
• 결합 매개변수 γ가 우주의 진화와 특이점 형성에 미치는 역할을 분석한다.
• BR 및 PR 모델이 현재 허블 파라미터(H₀ ≈ 74.3 km/s/kpc)에 대한 관측 제약 조건을 충족하는지 테스트한다.
• 확장된 중력에서 에너지 조건(SEC, NEC)의 위반과 괴상한 행동에 대한 영향을 조사한다.
• PR 시나리오에서 EoS 매개변수의 저시기 행동과 ΛCDM 모델과의 겹침 여부를 평가한다.

제안 방법

• 기하학과 물질 간의 비최소 결합을 γ를 통해 도입한 f(R, T) 중력 작용을 수립한다. f(R, T) = R + 2Λ₀ + 2γT.
• 비등방성 Bianchi V 시공간에서 메트릭 포텐셜 A(t), B(t), C(t)와 방향성 허블 속도 Hx, Hy, Hz를 사용하여 수정된 아인슈타인 장 방정식을 유도한다.
• 에너지-모멘텀 텐서를 완전한 유체로 가정하고, ρ(에너지 밀도)와 p(압력)를 사용하며, EoS 매개변수 ω = p/ρ를 허블 속도와 그 도함수의 형태로 표현한다.
• 두 가지 가정된 허블 속도 함수를 도입한다: BR의 경우 H(t) = α/(ts − t), PR의 경우 H(t) = H₀ − H₁e⁻λt로 유한한 시간 내 특이점과 부드러운 미래 특이점을 모델링한다.
• 에너지 조건(WEC, NEC, SEC, DEC)을 계산하고 시간에 따른 변화를 평가하여 괴상한 주도 영역에서의 위반 여부를 검증한다.
• 상태finder 진단 쌍(j, s)을 분석하여 특이점 유형을 특성화하고 관측 데이터(j₀ > 0, s₀ ≤ 0)와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전한 유체 소스와 비등방성 기하학을 가진 f(R, T) 중력에서 Big Rip 및 Pseudo Rip 시나리오를 실현할 수 있는가?
• RQ2 결합 매개변수 γ는 우주의 진화와 향후 특이점의 발생에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 BR 및 PR 모델은 현재 허블 파라미터(H₀ ≈ 74.3 km/s/kpc)에 대한 관측 제약 조건을 충족하는가?
• RQ4 이 모델들에서 에너지 조건은 어느 정도 위반되며, 이는 괴상한 행동과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 Pseudo Rip 모델은 EoS 매개변수와 상태finder 진단을 통해 저시기 동안 ΛCDM 모델과 수렴하는가?

주요 결과

• BR 모델은 현재로부터 약 220억 년 이내에 유한한 시간 내 특이점이 발생함을 예측하며, Big Rip 시나리오와 일치한다.
• PR 모델은 현재 시점에서의 EoS 매개변수 값이 ωPR(t₀) ≈ −1.000015로 관측 범위 내에 있으며, 안정적이고 발산하지 않는 팽창을 나타낸다.
• 양 모델 모두 ω < −1을 보이며 괴상한 행동를 나타내며, 이는 확장된 중력 프레임워크에서 요구되는 강한 에너지 조건(SEC) 위반으로 이어진다.
• 모든 모델에서 영역 에너지 조건(NEC)이 위반되며, BR의 경우 NEC 곡선이 시간축과 겹치고, PR의 경우 안정적으로 유지된다.
• 두 모델 모두 저시기 동안 상태finder 진단 쌍(j, s)가 (1, 0)으로 수렴하여 ΛCDM 모델과 수렴함을 나타낸다.
• 결합 매개변수 γ는 역학에 상당한 영향을 미치며, γ 값이 클수록 특히 BR 모델에서 괴상한 행동로의 전이가 가속화된다.