[논문 리뷰] The Effects of Temperature Related Viscosity on Cosmological Evolution

Jiaxin Wang, Xinhe Meng|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 20.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 온도에 따라 변화하는 부피 점성도를 가진 수정된 $Λ$CDM 모델을 제안하며, 채프먼의 관계와 서더랜드 공식을 사용하여 우주론적 진화를 연구한다. 이 모델은 $Λ$CDM-V 모델이 우주의 연령을 증가시키고 미래의 특이점을 피하며 불완전한 유체에서 완전한 유체로의 부드러운 전이를 가능하게 하여 표준 모델에 물리적으로 타당한 확장임을 보여준다.

ABSTRACT

Bulk viscosity has been intrinsically existing in the observational cosmos evolution with various effects for different cosmological evolution stages endowed with complicated cosmic media. Normally in the idealized cosmology the physical viscosity effect is often negligent in some extent by assumptions, except for galaxies formation and evolution or the like astrophysics phenomena. Actually we have not fully understood the physical origin and effects of cosmic viscosity, including its functions for the universe evolution in reality. In this present article we extend the concept of temperature-dependent viscosity from classical statistical physics to observational cosmology, especially we examine the cosmological effects with possibility of the existence for two kinds of viscosity forms, which are described by the Chapman's relation and Sutherland's formula respectively. By considering that a modification of standard model with viscosity named as $\Lambda$CDM-V model is constructed, which is supported by data fitting. In addition to the enhancement to cosmic age value, the $\Lambda$CDM-V model possesses other two pleasing features: the prediction about the no-rip/singularity future and the mechanism of smooth transition from imperfect cosmological models to perfect ones.

연구 동기 및 목표

• 온도에 따라 변화하는 부피 점성도가 우주론적 진화에 미치는 물리적 역할을 조사하기 위해.
• 고전적 통계역학에서 유도된 점성 효과를 포함시켜 표준 $Λ$CDM 모델을 확장하기 위해.
• 점성이 천체물리학적 문제, 예를 들어 우주의 연령 과소평가 및 미래의 특이성 문제를 해결할 수 있는지 평가하기 위해.
• 우주 모델에서 불완전한 유체에서 완전한 유체로의 행동 전이를 조사하기 위해.

제안 방법

• 우주의 매체에서 온도에 따라 변화하는 부피 점성도를 모델링하기 위해 채프먼의 관계와 서더랜드 공식을 채택하기 위해.
• 효과 에너지-모멘텀 텐서에 점성도를 통합하여 수정된 $Λ$CDM-V 모델을 구축하기 위해.
• 점성도 매개변수를 제약하기 위해 관측 데이터에 $Λ$CDM-V 모델을 피팅하기 위해.
• 점성도의 영향을 고려한 천체의 역학적 진화를 분석하여 우주의 연령과 미래의 특이성 조건을 평가하기 위해.
• 점성도 감쇠 행동을 통해 불완전한 유체에서 완전한 유체로의 전이의 부드러움을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 온도에 따라 변화하는 부피 점성도는 우주의 예측 연령에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 점성이 '파손'(rip) 시나리오와 같은 미래의 천체론적 특이성을 방지할 수 있는가?
• RQ3 점성도를 포함시키면 불완전한 유체에서 완전한 유체로의 우주론적 진화에서 부드러운 전이가 어떻게 가능해지는가?
• RQ4 데이터 피팅을 통해 유도된 점성도 매개변수에 대한 관측 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• $Λ$CDM-V 모델은 표준 $Λ$CDM 모델에 비해 예측하는 우주의 연령을 증가시킨다.
• 점성도의 감쇠 효과로 인해 '파손'(rip) 또는 유한 시간 특이성과 같은 미래의 특이성을 피할 수 있다.
• 점성도는 우주론적 진화에서 불완전한 유체 행동에서 완전한 유체 행동으로의 부드러운 전이를 가능하게 한다.
• 모델은 데이터 피팅에 의해 지지되며, 관측 제약 조건과의 일관성을 보여준다.