[논문 리뷰] Evolution of entropic dark energy and its phantom nature

Titus K. Mathew, Chinthak Murali외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 06.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 52인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 아인슈타인-힐버트 작용의 표면항에서 유도된 상호작용이 없는 엔트로픽 어두운 에너지(EDE) 모델을 연구하며, 유니언 Ia 초신성 관측자료를 통해 제약을 가한다. 모델은 초기 감속에서 후기 가속으로의 전이를 예측하며, 적색편이 z < 0.257에서 페임텀 유사 행동(ω < -1)을 보이며, 약 360억 년 내에 빅립 특이점이 발생함을 시사한다. 이는 스케일 인자와 어두운 에너지 밀도가 유한 시간 내에 발산하기 때문이다.

ABSTRACT

Assuming the form of the entropic dark energy as arises form the surface term in the Einstein-Hilbert's action, it's evolution were analyzed in an expanding flat universe. The model parameters were evaluated by constraining model using the Union data on Type Ia supernovae. We found that the model predicts an early decelerated phase and a later accelerated phase at the background level. The evolution of the Hubble parameter, dark energy density, equation of state parameter and deceleration parameter were obtained. The model is diagnosed with $Om$ parameter. The model is hardly seems to be supporting the linear perturbation growth for the structure formation. We also found that the entropic dark energy shows phantom nature for redshifts $z<0.257.$ During the phantom epoch, the model predicts big-rip effect at which both the scale factor of expansion and the dark energy density become infinitely large and the big rip time is found to be around 36 Giga Years from now.

연구 동기 및 목표

• 평탄한 프리드만-로버트슨-워커 우주에서 상호작용이 없는 엔트로픽 어두운 에너지(EDE)의 배경 진화를 분석하기 위해.
• 유니언 Ia 초신성 데이터셋을 사용하여 모델 매개변수를 제약하기 위해.
• 모델이 허블 파라미터 및 구조 형성 관측 자료와 일관된지 평가하기 위해.
• EDE의 페임텀 성격으로 인해 향후 빅립 특이점이 발생할 수 있는지 조사하기 위해.

제안 방법

• 모델 매개변수 CH와 ĊH를 사용하여 ρEDE = 3(CHH² + ĊHḢ)로 주어지는 엔트로픽 어두운 에너지 밀도에서 허블 파라미터를 유도하였다.
• 엔트로픽 기여를 포함한 프리드만 방정식을 사용하여 우주의 팽창을 모델링하였다.
• 모델이 예측하는 거리 모듈러스를 유니언 Ia 초신성 데이터셋에 맞추어 CH와 ĊH를 제약하였다.
• 허블 파라미터, 어두운 에너지 밀도, 상태방정식 매개변수 ωEDE, 감속 파라미터 q의 진화를 평가하였다.
• ΛCDM 모델과의 비교를 위해 Om 진단을 적용하였다.
• 페임텀 영역에서 허블 파라미터를 근사하여 빅립 시기를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상호작용이 없는 엔트로픽 어두운 에너지 모델은 초기 감속에서 후기 가속으로의 전이를 예측하는가?
• RQ2 상태방정식 매개변수 ωEDE는 페임텀 분할선(ω = -1)을 초과하는가? 만약 그렇다면 어느 적색편이에서인가?
• RQ3 이 모델은 Ia 초신성 자료로 제약을 받을 수 있으며, 관측된 허블 파라미터 측정치와 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ4 EDE의 페임텀 성격은 미래의 빅립 특이점을 유도하는가? 만약 그렇다면 언제인가?
• RQ5 EDE 모델은 선형 펌퓨르베이션 성장과 대규모 구조 형성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 초기 감속에서 후기 가속으로의 전이를 z ≈ 0.57에서 예측하며, Easson 등이 보고한 z ≈ 0.5보다 略로 높은 값이다.
• 상태방정식 매개변수 ωEDE는 z < 0.257에서 페임텀 분할선(ω = -1)을 초과하며, 약 -1.3으로 안정화되며, 현재 값은 ωEDE ≈ -1.185이다.
• 최적의 피팅 매개변수를 기반으로 빅립 특이점은 약 360억 년 후에 발생할 것으로 예측된다.
• 후기 페임텀 시기 동안 어두운 에너지 밀도 ρEDE는 스케일 인자 a에 비례하여 증가하며, 빅립 시점에 발산한다.
• 모델은 약간 높은 효과적인 물질 밀도 파라미터 ˜Ωm0 ≈ 1.25Ωm0를 보이며, 이는 선형 펌퓨르베이션 성장을 억제하고 구조 형성에 영향을 줄 수 있다.
• z < 0일 경우 ΛCDM 모델보다 팽창 속도 H가 더 빠르게 증가하여 시야의 수축이 발생하고, 대규모 구조에 대해 인과적 접촉 상실의 가능성이 있다.