[논문 리뷰] Solution to the Isotropy Problem for Cosmological Hidden Vector Models

José A. R. Cembranos, Antonio L. Maroto외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 01.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 12인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 일반적인 조건 하에서 국소적으로 관성 기준에서 빠르게 진동하는 벡터 장의 평균 에너지-모멘타 텐서가 등방성이 됨을 증명함으로써 은하계 숨겨진 벡터 모델에서 등방성 문제를 해결한다. 등방성 정리에 따르면, 본질적으로 등방성이 아닌 장들이라도 암흑물질, 암흑에너지 또는 인플레이션 역학의 타당한 후보가 될 수 있다.

ABSTRACT

Gauge bosons associated to new gauge symmetries under which the standard model particles are not charged are predicted in many extensions of the standard model of particles and interactions. We show that under very general conditions, the average energy-momentum tensor of these rapidly oscillating vector fields is isotropic for any locally inertial observer. This result has a fundamental importance in order to consider coherent vector fields as a viable alternative to support models of dark matter, dark energy or inflation.

연구 동기 및 목표

• 기본적인 등방성 문제를 해결함: 이는 이전에 CMB 등방성 제약 조건과 충돌함.
• 일관된 벡터 장이 암흑물질, 암흑에너지 또는 인플레이션 시나리오에서 스칼라 장의 타당한 대체 후보가 될 수 있는지 조사함.
• 본질적으로 등방성이 아닌 장의 역학이 등방성 효과 에너지-모멘타 텐서를 유도할 수 있는 일반 조건을 확립함.
• 이전의 아벨 및 선형 편광된 벡터 모드 결과를 일반화하여 임의의 편광 및 잠재력 형태를 포함하는 더 넓은 클래스의 벡터 장으로 확장함.
• 관측 등방성 한계를 위반하지 않으면서도, 질량이 있는 빠르게 진동하는 벡터 장을 우주론적 모델에 사용하기 위한 이론적 기초를 제공함.

제안 방법

• Robertson-Walker 시공간에서 균일하고 일관된 벡터 장의 에너지-모멘타 텐서 분석.
• 빠른 진동이 에너지-모멘타 텐서의 방향성 의존성을 평균화함을 보여주기 위해 등방성 정리 적용.
• 진동 시간스케일이 허블 시간스케일보다 훨씬 짧은 유한한 진동 진동의 진동을 고려함.
• 아벨 및 선형 편광된 경우를 초월하여 임의의 편광 상태 및 잠재력 형태를 포함하는 결과 일반화.
• 국소적으로 관성 기준에서 평균화된 에너지-모멘타 텐서를 계산하기 위해 효과적 장 이론 기법 사용.
• 지정된 빠른 진동 제도 하에서 등방성 조건 ⟨Tμν⟩ ∝ gμν 가 일반적으로 성립함을 입증함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빠르게 진동하는 벡터 장이 본질적으로 등방성이지만 평균 에너지-모멘타 텐서가 등방성이 되는가?
• RQ2 어떤 조건에서 일관된 벡터 장의 평균 에너지-모멘타 텐서가 우주론적 시공간에서 등방성이 되는가?
• RQ3 특히 질량이 있고 일관된 숨겨진 벡터 장이 암흑물질, 암흑에너지 또는 인플레이션의 타당한 후보가 될 수 있는가?
• RQ4 등방성 결과가 벡터 장의 아벨 성질이나 편광 상태에 의존하는가?
• RQ5 빠른 진동은 벡터 장의 효과적 스트레스-에너지에서 등방성 기여를 어떻게 억제하는가?

주요 결과

• 빠르게 진동하는 벡터 장의 평균 에너지-모멘타 텐서는 편광 또는 잠재력 형태에 관계없이 어떤 국소적으로 관성 기준에서도 등방성이 된다.
• 이 등방성 결과는 매우 일반적인 조건에서 성립한다: 허블 시간스케일에 비해 고주파수로 유한한 진동.
• 이 등방성 정리는 아벨 및 비아벨 모두의 벡터 장에 적용되며, 이전에 선형 편광 모드에 국한된 결과를 확장한다.
• Robertson-Walker 기하학에서 허블 파라미터를 초월하는 질량을 가진 질량 있는 벡터 장은 필요한 빠른 진동 조건을 만족한다.
• 이러한 장의 효과적 상태 방정식은 평균적으로 w = 1/3에 수렴하며, 복사 유사 행동과 일치한다.
• 이 결과는 일관된 벡터 장을 우주론적 구성 요소로 사용하는 데 있어 주요 장애물을 제거하여 암흑물질, 암흑에너지 및 인플레이션 모델에서의 사용을 가능하게 한다.