[논문 리뷰] Interactive Unified Dark Energy and Dark Matter from Scalar Fields

David Benisty, Eduardo Guendelman|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 30.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 두 측정 이론과 동적 시공간 이론 내에서 스칼라 장을 사용하여 어두운 에너지와 어두운 물질을 통합하는 프레임워크를 제안한다. 여기서는 에너지-모멘텀 텐서의 수반을 보장하지 않는 확산 상호작용 메커니즘을 도입한다. 이 모델은 만료 시점에 ΛCDM 유사 고정점을 나타내며, 두 설정 모두에서 초기 양자 일관성이 입증된다.

ABSTRACT

Here we generalize ideas of unified Dark Matter Dark Energy in the context of Two Measure Theories and of Dynamical space time Theories. In Two Measure Theories one uses metric independent volume elements and this allows to construct unified Dark Matter Dark Energy, where the cosmological constant appears as an integration constant associated to the equation of motion of the measure fields. The Dynamical space time Theories generalize the Two Measure Theories by introducing a vector field whose equation of motion guarantees the conservation of a certain Energy Momentum tensor, which may be related, but in general is not the same as the gravitational Energy Momentum tensor. We propose two formulations of this idea: I - by demanding that this vector field be the gradient of a scalar, II - by considering the dynamical space field appearing in another part of the action. Then the Dynamical space time Theory becomes a theory of Diffusive Unified Dark Energy and Dark Matter. These generalizations produce non conserved energy momentum tensors instead of conserved energy momentum tensors which leads at the end to a formulation of interacting DE-DM dust models in the form of a diffusive type interacting Unified Dark Energy and Dark Matter scenario. We solved analytically the theories for perturbative solution and asymptotic solution, and we show that the $\Lambda$CDM is a fixed point of these theories at large times. Also a preliminary argument about the good behavior of the theory at the quantum level is proposed for both theories.

연구 동기 및 목표

• 두 측정 이론과 동적 시공간 이론을 사용하여 통합 어두운 물질 및 어두운 에너지 모델을 일반화하기.
• 측정 장의 역학에서 통합 상수로 도출된 우주상수를 얻음으로써 우주상수 문제를 해결하기.
• 어두운 에너지와 어두운 물질 간의 상호작용을 확산 메커니즘을 통해 수행하는 통합 프레임워크를 구축하여 표준 보존 법칙을 피하기.
• 초기 논의를 통해 제안된 통합 모델의 양자 가능성 탐색하기.
• 특히 그 점근적 행동과 고정점에 중점을 두어 이론의 천체물리적 진화 분석하기.

제안 방법

• 측정에 독립적인 부피 요소를 갖는 두 측정 이론을 사용하여 통합 어두운 에너지 및 어두운 물질 행동을 구성하기.
• 비중력 에너지-모멘텀 텐서의 보존을 보장하는 방식으로, 동적 시공간 이론 내에서 벡터 장을 도입하기.
• 두 가지 형태로 기술하기: (I) 벡터 장을 스칼라 장의 기울기로 설정함, (II) 동적 시공간 장을 행동의 다른 부분에 통합함.
• 에너지-모멘텀 텐서의 비보존성을 이끌어내는 운동 방정식 유도를 통해 어두운 에너지와 어두운 물질 간의 확산 상호작용 가능하게 하기.
• 우주론적 진화를 연구하기 위해 페르투르베이티브 및 점근적 해석적 해법 수행하기.
• 행동과 장 방정식의 양자 수준에서의 일관성 검토를 통해 양자 행동 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 측정 이론과 동적 시공간 이론을 사용하여 어두운 에너지와 어두운 물질의 통합 기술이 가능할 수 있는가?
• RQ2 비중력 에너지-모멘텀 보존을 보장하는 벡터 장의 도입이 어두운 에너지 및 어두운 물질의 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 통합 모델의 천체물리적 행동은 무엇인가, 특히 만료 시점에서의 행동은 어떻게 되는가?
• RQ4 이론의 점근적 진화에서 ΛCDM가 고정점으로 나타나는가?
• RQ5 제안된 통합 프레임워크에서 양자 일관성의 기초가 존재하는가?

주요 결과

• 우주상수가 두 측정 이론 내 측정 장의 운동 방정식에서 자연스럽게 통합 상수로서 도출된다.
• 동적 시공간 이론 설정은 비보존 에너지-모멘텀 텐서를 유도하여 어두운 에너지와 어두운 물질 간의 확산 상호작용 가능하게 한다.
• 모델은 만료 시점에서 ΛCDM를 고정점으로 나타내어 현재 천체물리 관측 결과와의 일치성을 보여준다.
• 페르투르베이티브 및 점근적 해법은 제안된 모델에서 ΛCDM 해의 안정성과 흡인자 행동을 확인한다.
• 초기 논의에 따르면, 이론의 두 설정 모두가 양자 수준에서 타당성이 있으며, 잠재적 UV 완성 가능성을 뒷받침한다.
• 제안된 두 설정(형태 I 및 II)은 통합 어두운 에너지 및 어두운 물질 역학의 맥락에서 동일한 물리적 행동을 나타낸다.