[논문 리뷰] Tsallis and Kaniadakis holographic dark energy with Complex Quintessence theory in Brans-Dicke cosmology

J. Sadeghi, Saeed Noori Gashti외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 08.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 복소 큸티세스 스칼라 장을 사용하여 브란스-딕 힘론에서 타살리스 및 카니아다키스 허브리틱 드레스 에너지 모델을 조사하며, 상호작용이 없는 경우와 상호작용이 있는 경우를 모두 분석한다. 어두운 에너지의 분율 밀도 Ω_D에 대한 모델 매개변수(α, β, δ, b²) 의존성 관계를 유도하여, Ω_D 가 0에서 1 사이의 임의의 값이 될 수 없고 모델 특화 매개변수에 의해 제약을 받음을 보여주며, 최신 관측 데이터와 비교하여 모델의 타당성을 평가한다.

ABSTRACT

In this paper, by considering the complex form of the quintessence model, we study two different dynamic structures of holographic dark energy as Tsallis and Kaniadakis in the framework Brans-Dicke cosmology. In each setup, we employ non-interacting and interacting cases and calculate some cosmological parameters such as the equation of state $ω$. We also discuss the $ ω- ω'$ behavior. By modifying the potential and studying the scalar field dynamics, we examine the complex quintessence cosmology. In addition, considering the two parts of the quintessence field effects, i.e., real and complex, and considering the fractional energy density $ Ω_{D} $, we examine whether it can describe a real universe or not. We also specify that the fractional energy density can not be arbitrary between 0 and 1. In other words, it depends on the Tsallis, Kaniadakis, and Brans-Dicke cosmology free parameters. We create a relationship between the fractional energy density and other parameters introduced in the text such as $δ$, $b^{2}$, $α$ and $β$ for each model separately. Finally, we compare the obtained results of models to each other and the latest observable data.

연구 동기 및 목표

• 복소 큸티세스 스칼라 장을 사용하여 브란스-딕 우주론에서 타살리스 및 카니아다키스 허브리틱 어두운 에너지 모델의 타당성을 검토하기.
• 어두운 에너지 모델의 상호작용이 없는 경우와 상호작용이 있는 경우를 모두 분석하고, 상태 방정정식 ω와 같은 우주론적 매개변수를 계산하기.
• ω–ω′ 행동과 스칼라 장 역학을 조사하여 관측된 우주 팽창과의 일관성을 평가하기.
• 어두운 에너지 분율 밀도 Ω_D와 모델 매개변수(α, β, δ, b²) 사이의 정량적 관계를 유도하여, Ω_D 가 임의적이지 않음을 보여주기.
• 모델 예측을 최신 관측 데이터와 비교하여 우주론적 일관성을 평가하기.

제안 방법

• 브란스-딕 프레임워크 내에서 복소 큸티세스의 작용과 장 방정정식을 수립하며, 실수 및 허수 성분을 가진 스칼라 장 φ 를 포함한다.
• 비확장 통계역학에 기반한 타살리스 및 카니아다키스 허브리틱 에너지 밀도를 도입하며, 에너지 截단이 미래의 사건의 지평선과 연결된다.
• 비상호작용 및 상호작용 경우에 대해 효과적인 상태 방정식 ω 와 그 진화 ω′ 을 유도하며, 결합 매개변수 b² 와 α, β 를 사용한다.
• 복소 스칼라 장의 포텐셜을 구성하고, 안정성과 우주론적 관련성을 평가하기 위해 그 역학을 분석한다.
• 관측 제약 조건(H₀ = 67.9–69.7 km/s/kpc, Ωₘ⁰ = 0.3, n = 0.06) 을 사용하여 다양한 매개변수 조합에서 Ω_D 를 수치적으로 평가한다.
• ω–ω′ 다이어그램을 생성하고 모델 출력을 관측 데이터와 비교하여 호환성 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 브란스-딕 중력에서 복소 큸티세스 장과 결합된 타살리스 및 카니아다키스 허브리틱 어두운 에너지 모델이 타당한 우주 팽창 시나리오를 재현할 수 있는가?
• RQ2 이러한 모델의 상호작용이 없는 경우와 상호작용이 있는 경우는 ω–ω′ 행동과 스칼라 장 역학에서 어떻게 다를까?
• RQ3 각 프레임워크에서 어두운 에너지 분율 밀도 Ω_D 와 모델 매개변수 α, β, δ, b² 사이의 기능적 관계는 무엇인가?
• RQ4 Ω_D 는 특정 범위로 제약을 받는가, 아니면 0에서 1 사이의 어떤 값도 취할 수 있는가?
• RQ5 예측된 Ω_D 값과 ω–ω′ 궤적은 최신 관측 데이터와 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 분율 에너지 밀도 Ω_D 는 임의적이지 않으며, 타살리스 및 카니아다키스 허브리틱 어두운 에너지 모델 모두에서 모델 매개변수 α, β, δ, b² 에 의해 결정된다.
• 상호작용이 있는 경우, Ω_D = 0.073 를 달성하기 위해 b² ≈ 0.0849 의 특정 값이 필요하며, 이는 결합과 어두운 에너지 밀도 사이에 비자명한 관계가 있음을 확인한다.
• 상호작용이 없는 경우, 다양한 매개변수 조합에서 Ω_D 값으로 0.0054, 0.00066, 0.0015, 0.0063 을 도출하여 강한 매개변수 의존성을 보였다.
• ω–ω′ 분석 결과, 상호작용이 있는 경우 ω_D ≈ –0.5 가 최대값이며, ω′ → 0 이며, 다양한 c, α, β 에 대해 궤적이 강하게 겹쳐져 매개변수 변화에 대해 강건함을 보였다.
• 결과적으로, 동적 브란스-딕 중력과 함께 동적 복소 큸티세스 모델은 어두운 에너지에 대해 타당한 프레임워크를 제공하며, 매개변수가 적절히 조정되면 관측 제약 조건과 일치하는 결과를 낳는다.
• 본 연구는 동적 중력 프레임워크(브란스-딕) 내에서 동적 허브리틱 어두운 에너지 모델이 정적 또는 비상호작용 대안보다 관측 결과와 더 잘 일치함을 확인한다.