[논문 리뷰] Implications of single field inflation in general cosmological scenarios on the nature of dark energy given the swampland conjectures

Oem Trivedi|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 29.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 169인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 브레인월드 또는 가우스-본네트 모델과 같은 수정된 우주론적 시나리오에서 단일 필드 인플레이션은 원래의 디 de Sitter 스와믈랜드 추측 조건 하에서도 암흑 에너지 상태 방정식이 -1과 크게 다를 수 있음을 보여준다. 이는 정교하게 조정된 또는 단계 함수형 인플레이션 모델이 필요 없이 인플레이션과 스와믈랜드 제약 조건 사이의 갈등을 자연스럽게 해소한다.

ABSTRACT

Swampland Conjectures have attracted quite some interest in the Cosmological Community. They have been shown to have wide ranging implications , like Constraints on Inflationary Models, Primordial Black Holes etc. to name a few. A particularly revealing insight on dark energy also shows that one can have the dark energy equation of state for a quintessence scenario to be signficantly different than -1 after one takes into account the refined dS conjecture. Another interesting issue with the swampland conjectures is that they have been shown to be incompatible with single field inflationary models in GR based cosmology. In our previous work we have, however, showed that single field inflationary models are quite compatible with swampland conjectures in their usual string theoretic form in a large class of modified cosmological scenarios. Building on that work, we now show that in modified cosmological scenarios where the early universe expansion was driven by single field inflation , one can have the dark energy equation of state to be significantly different from -1 even if we just take into account the original dS conjecture, let alone the refined form of that. We thereby show that one does not need to apply a step function approach towards inflation in order to have an observable distinction between constant and non constant dark energy models in the context of the swampland conjectures.

연구 동기 및 목표

• 표준 일반 상대성 이론 기반의 우주론에서 단일 필드 인플레이션과 스와믈랜드 추측 간의 부적합성을 해결하기 위해.
• 수정된 우주론적 시나리오가 단일 필드 인플레이션과 스와uml랜드 기준을 어떻게 조화시킬 수 있는지 탐구하기 위해.
• 원래 또는 개선된 dS 추측 조건 하에서 암흑 에너지 상태 방정식이 -1과 크게 다를 수 있는지 조사하기 위해.
• 정교하게 조정된 인플레이션 역학이 필요 없이 비상수 암흑 에너지 모델이 관측적으로 구별 가능할 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 브레인월드 및 가우스-본네트 모델을 포함한 비-GR 우주론적 프레임워크에서 단일 필드 인플레이션을 분석한다.
• 원래의 및 개선된 디 de Sitter 스와uml랜드 추측 조건(|V′|/V ≥ O(1) 및 V′′/V ≤ -O(1))을 수정된 중력에서의 스칼라 필드 포텐셜에 적용한다.
• 수정된 프리드만 방정식에서 스칼라 필드 역학의 정확한 및 근사적 해를 사용하여 스와uml랜드 조건과의 일관성을 평가한다.
• 이러한 조건 하에서 암흑 에너지 상태 방정식(w_DE)이 우주상수 값(w = -1)과 어떻게 비교되는지 평가한다.
• 스와uml랜드 경계 조건을 고려할 때 퀘이낸스런 암흑 에너지 모델의 타당성을 평가한다.
• 개선된 dS 추측 조건이 w_DE ≠ -1를 달성하기 위해 필수적인 것은 아니며, 수정된 시나리오에서는 원래의 추측 조건만으로도 충분하다는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수정된 우주론적 모델에서 단일 필드 인플레이션은 스와uml랜드 추측 조건과 일치할 수 있는가?
• RQ2 원래의 디 de Sitter 스와uml랜드 추측 조건은 -1과 크게 다른 암흑 에너지 상태 방정식을 허용하는가?
• RQ3 비상수 암흑 에너지 모델은 스와uml랜드 제약 조건 하에서 우주상수와 관측적으로 구별 가능할 수 있는가?
• RQ4 스와uml랜드 프레임워크에서 w_DE = -1에서의 관측 가능한 편차를 달성하기 위해 단계 함수형 또는 정교하게 조정된 인플레이션 모델이 필수적인가?

주요 결과

• 브레인월드 및 가우스-본네트 모델과 같은 광범위한 수정된 우주론적 시나리오에서 단일 필드 인플레이션은 스와uml랜드 추측 조건과 호환된다.
• 원래의 디 de Sitter 스와uml랜드 추측 조건(|V′|/V ≥ O(1)) 하에서도 암흑 에너지 상태 방정식은 -1과 크게 다를 수 있다.
• 개선된 dS 추측 조건(V′′/V ≤ -O(1))는 w_DE ≠ -1를 달성하기 위해 필요하지 않으며, 수정된 중력에서는 원래의 추측 조건만으로도 충분하다.
• 정교하게 조정된 또는 단계 함수형 인플레이션을 도입하지 않더라도 비상수 암흑 에너지 모델은 우주상수와 관측적으로 구별 가능하다.
• 초기 우주에서 인플레이션이 수정된 우주론적 프레임워크에서 발생한다면 스와uml랜드 제약 조건은 암흑 에너지에 대해 우주상수를 필수로 하지 않는다.
• 결과적으로, 타당한 암흑 에너지 모델이 비-GR 우주론에서 자연스럽게 스와uml랜드 조건을 충족할 수 있음을 시사한다.