[논문 리뷰] Nonlinear Perturbations in a Variable Speed of Light Cosmology

J. W. Moffat|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 07.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 23인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 초기 우주에서의 초기 불안정성에 대한 인플레이션의 대안으로 가변 빛의 속도(VSL) 우주론을 제안한다. δN 형식을 사용하여 비선형 곡률 변동을 계산한 결과, f_NL = 5로 일정한 값이 되며, 이는 플랑크 2015 데이터와 일치한다. 반면 g_NL는 변화하는 행동을 보이며, 이는 VSL 모델과 인플레이션 모델을 구별하는 데 기여한다.

ABSTRACT

A variable speed of light (VSL) cosmology is described in which the causal mechanism of generating primordial perturbations is achieved by varying the speed of light in a primordial epoch. This yields an alternative to inflation for explaining the formation of the cosmic microwave background (CMB) and the large scale structure (LSS) of the universe. We make use of the $δ{\cal N}$ formalism to identify signatures of primordial nonlinear fluctuations, and this allows the VSL model to be distinguished from inflationary models. In particular, we find that the parameter $f_{ m NL}=5$ in the variable speed of light cosmology. The value of the parameter $g_{ m NL}$ evolves during the primordial era and shows a running behavior.

연구 동기 및 목표

• 초기 우주에서의 초기 밀도 불안정성을 생성하는 인플레이션 외의 메커니즘을 제공하기 위해.
• 특히 비선형 변동과 같은 관측 가능 서명을 식별하여 VSL 우주론과 인플레이션, 기타 초기 우주 모델을 구별하기 위해.
• δN 형식을 사용하여 VSL 프레임워크 내에서 비정규성 파rameter f_NL와 g_NL를 계산하기 위해.
• f_NL에 대한 플랑크 2015 제약 조건과 비교하여 VSL가 인플레이션의 타당한 대안인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 빛의 속도 c(x)를 동적 장으로 사용하여 프리드만-레마트르-로버트슨-워커 계량을 기반으로 한 VSL 우주론을 수립한다.
• δN 형식을 적용하여 장 변동의 3차까지의 곡률 변동을 계산한다.
• 스칼라 장 ϕ와 적분 상수 γ에 대한 효과적 에프로우 수량 𝒩(ϕ, γ)을 유도하며, γ는 라마르트 함수를 통해 장의 진화와 관련된다.
• 𝒩의 ϕ와 γ에 대한 편미분을 사용하여 1차, 2차, 3차 곡률 변동 ζ₁, ζ₂, ζ₃를 계산한다.
• 변동 전개에서 f_NL는 ζ₂로부터, g_NL는 ζ₃로부터 유도된다.
• 배경 해인 φ(t) = φ_f + γ ln(t/t_f)를 사용하여 γ를 φ와 φ_f의 함수로 표현함으로써 비선형성 파rameter의 해석적 평가가 가능해진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가변 빛의 속도 우주론은 인플레이션 없이도 초기 불안정성을 생성할 수 있는가?
• RQ2 VSL 모델에서 비정규성 파arameter f_NL와 g_NL의 구체적 값과 스케일 의존성은 무엇인가?
• RQ3 VSL 우주론의 비선형 변동은 플랑크 2015 관측 제약 조건과 정량적으로 어떻게 비교되는가?
• RQ4 g_NL의 변화 행동은 VSL 모델과 인플레이션 모델을 구별하는 데 있어 특징적인 서명이 될 수 있는가?

주요 결과

• VSL 모델에서 비정규성 파arameter f_NL는 정확히 5로 계산되며, 스케일에 무관한 일정한 값이다.
• 이 f_NL = 5의 값은 플랑크 2015 제약 조건인 f_NL = 2.7 ± 5.8과 잘 일치하여 강력한 관측적 일치를 보인다.
• 3차 비선형성 파arameter g_NL는 일정하지 않으며, 초기 우주 기간 동안 변화하는 행동을 보이며, 스칼라 장과 γ에 따라 변화한다.
• g_NL = 25(2γ - φ + φ_f)/(3γ)의 표현은 강한 스케일 의존성을 보이며, 이는 VSL 모델의 독특한 관측 가능 서명이 된다.
• δN 형식은 VSL 맥락에서 곡률 변동의 비선형적 구조를 성공적으로 포착하여 인플레이션 모델과 직접 비교할 수 있게 한다.
• 초기 우주에서 c의 초광속 단계를 통해 스케일 불변이며 거의 정규분포를 띠는 초기 불안정성을 생성함으로써, 이 모델은 인플레이션의 타당한 대안을 제공한다.