[논문 리뷰] Perturbations in dark energy models with evolving speed of sound

R. Ansari, Sanil Unnikrishnan|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 24.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 k-essence 어두운 에너지 모형에서 진화하는 효과적 음속 제곱(cₑ²)이 냉각 어두운 물질(CDM) 스펙트럼에 미치는 영향을 조사한다. ΛCDM에 비해 CDM 스펙트럼이 억제되는 데 있어, 진화하는 상태방정식(w)과 cₑ² 모두 영향을 미치지만, w의 영향이 훨씬 더 크다는 것을 발견한다. cₑ²의 진화 효과는 유일하게 중간 규모(k ~ 0.01h/Mpc)에서만 감지 가능하며, 적응성 또는 어두운 에너지의 미미한 진동으로 인해 소규모 및 대규모 스케일에서는 영향을 거의 미치지 못한다.

ABSTRACT

The behavior of perturbation in scalar field dark energy and its consequent effect on the cold dark matter (CDM) power spectrum is well understood to be governed by the equation of state (EOS) parameter and the effective speed of sound (ESS) of dark energy. In this paper, we investigate whether dark energy models whose ESS are epoch dependent leaves any distinct imprints on the large scale CDM power spectrum. In particular, we compare the cases where the ESS is decreasing with time with those where it increases. The CDM power spectrum is found to be generically suppressed in these cases as compared to the $Λ$CDM model. The degree of suppression at different length scales can, in principle, reflect the evolving nature of the ESS of dark energy. However, we find that the effect on the CDM power spectrum in cases where the ESS of dark energy is evolving with constant EOS parameter is significantly smaller as compared to the situation where ESS is constant whereas EOS parameter is evolving. Further, it is also shown that the effect of different evolution of ESS for a given evolution of EOS parameter of dark energy on the CDM power spectrum is significant only at the intermediate scales (around $k \sim 0.01h/Mpc$). At scales much smaller and larger than the Hubble radius, it is the evolution of EOS parameter of dark energy which governs the degree of suppression of CDM power spectrum with respect to the $Λ$CDM model.

연구 동기 및 목표

• 스칼라 장 어두운 에너지 모형에서 시기존 효과적 음속 제곱(cₑ²)의 영향을 대규모 CDM 스펙트럼에 미치는 인과를 조사하기 위해.
• 진화하는 cₑ²와 진화하는 상태방정식(w)이 CDM 스펙트럼 억제에 미치는 상대적 영향을 비교하기 위해.
• 고정된 w(a)에 대해 cₑ²(a)의 다양한 기능 형태에 따른 CDM 스펙트럼의 규모 의존성 감도를 규명하기 위해.
• 어두운 에너지의 효과적 음속이 물질 스펙트럼에 측정 가능한 서명을 남기는 천체물리적 스케일을 명확히 하기 위해.
• ΛCDM를 초월한 어두운 에너지 모형을 구별하는 데 있어 cₑ²의 진화가 관측적으로 어떤 의미를 지니는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 분석적 방법을 사용하여, 사전에 정의된 w(a)와 cₑ²(a)의 기능 형태로부터 k-essence 라그랑지안 F(X)와 V(φ)를 재구성하기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 w와 cₑ²를 갖는 스칼라 장 어두운 에너지 모형의 배경 및 편미분 방정식의 결합된 시스템을 해결하기 위해.
• 다양한 w(a) 및 cₑ²(a) 시나리오 하에서 CDM 편미분 성장 방정식을 수치적으로 진화시켜 물질 스펙트럼을 계산하기 위해.
• 다양한 波수 k 범위에서 결과적으로 도출된 CDM 스펙트럼을 ΛCDM 기준선과 비교하기 위해.
• 다른 적색편이에서 음압 및 엔트로피 편미분의 기여를 분리하여 억제의 규모 의존성을 분석하기 위해.
• 고정된 w이지만 변화하는 cₑ²(a) 모델과 고정된 cₑ²이지만 진화하는 w를 갖는 모델 간 비교를 통해 cₑ²(a)의 진화가 비가시적이지 않은 영역을 규명하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어두운 에너지에서 효과적 음속 제곱(cₑ²)의 진화가 대규모 CDM 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 ΛCDM에 비해 CDM 스펙트럼 억제에 있어 진화하는 w와 진화하는 cₑ² 중 어느 것이 상대적으로 더 중요한가?
• RQ3 어느 천체물리적 스케일(k 단위)에서 cₑ²(a)의 진화 효과가 CDM 스펙트럼에 가장 두드러지게 나타나는가?
• RQ4 스케일이 허블 반경보다 훨씬 작은 곳과 큰 곳에서 CDM 스펙트럼의 억제가 왜 cₑ²(a)에 거의 의존하지 않는가?
• RQ5 고정된 w(a)에 대해 cₑ²(a)의 다양한 기능 형태가 CDM 스펙트럼에 구별 가능한 서명을 낼 수 있는가?

주요 결과

• 스칼라 장 어두운 에너지 모형에서, w 또는 cₑ²이 진화하든 간에 ΛCDM 모형에 비해 CDM 스펙트럼은 일반적으로 억제된다.
• 진화하는 w(a)에 의한 억제 효과는 진화하는 cₑ²(a)에 의한 것보다 훨씬 더 강력하여, w가 스펙트럼 억제의 주요 인자임을 확인한다.
• cₑ²(a)의 진화가 CDM 스펙트럼에 미치는 영향은 오직 중간 규모에서만 뚜렷하며, 특히 k ~ 0.01h/Mpc 근처에서 나타난다.
• 허블 반경보다 훨씬 작은 스케일에서는 억제가 cₑ²(a)에 독립적이다. 이는 어두운 에너지의 진동이 미미하고, 어두운 에너지가 균일한 것처럼 행동하기 때문이다.
• 허블 반경보다 훨씬 큰 스케일에서는 억제가 역시 cₑ²(a)에 독립적이다. 어두운 에너지의 진동이 순수하게 음압적일 뿐이며 엔트로피 정보를 지니지 않기 때문이다.
• 큰 스케일에서 어두운 에너지의 내재된 엔트로피 진동은 사라지며, 이는 스펙트럼이 cₑ²(a)에 민감하지 않은 이유를 설명한다.