[論文レビュー] A smoothly bouncing universe from String Theory

Yeuk-Kwan E. Cheung, Xue Song+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 71被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、スレート理論から導かれた安定で特異点のない跳躍的宇宙モデルを提案している。スカラーフィールドとタキオン場を結合させることで、密度揺らぎのスケール不変スペクトルを実現している。モデルは、収縮段階と膨張段階の両方で十分なe-foldingsを自然に生成し、特異点やゴースト場を導入せず、null energy conditionを破らないことにより、水平問題、平坦性問題、均一性問題を解決する。

ABSTRACT

We report a stable bounce universe with a scale invariant spectrum of density perturbations from a string-based model with coupled scalar and tachyon fields. This model is free of ghosts and cosmic singularity, and does not violate the null energy condition. We analyse the parameter space for a successful single bounce to arrive at a radiation dominated universe that is compatible with CMB data. We show that this bounce universe model is a viable alternative to inflation, by showing that it can naturally produce enough e-foldings--in the pre-bounce contractional phase as well in the post bounce expanding phase--to solve the flatness problem, the horizon problem and the homogeneity problem of the Big Bang theory, resulting in the observed universe of current size.

研究の動機と目的

• ビッグバン特異点を回避するスレート理論に基づく宇宙論的モデルの構築を目的とする。
• 観測されたCMBと整合するスケール不変スペクトルの密度揺らぎを生成することを目的とする。
• ゴースト場を含まず、null energy conditionを破らないモデルの確保を目的とする。
• 跳躍段階が水平問題、平坦性問題、均一性問題を解消するのに十分なe-foldingsを生成できることを示すこと。
• スレート理論的枠組みにおける単一の跳躍シナリオを用いて、インフレーションの有効な代替案を提示すること。

提案手法

• 初期宇宙の力学を記述するため、結合されたスカラーフィールドとタキオン場を用いたスレート理論ベースのモデルを構築する。
• 宇宙的特異点やゴースト状態を避けるために、安定な跳躍を実現するパラメータ空間の分析を行う。
• 事前跳躍の収縮段階と跳躍後の膨張段階を用いて、十分なe-foldingsを生成する。
• モデルの進化全般にわたり、null energy conditionを満たしているかを検証する。
• 密度揺らぎのパワースペクトルを計算し、スケール不変性を確認する。
• 観測データと整合性を保つために、観測された揺らぎの振幅とスペクトル指数との一致を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 結合されたスカラーフィールドとタキオン場を有するスレート理論的モデルは、特異点やゴーストを伴わずに安定な跳躍を実現できるか？
• RQ2 この跳躍モデルは、CMB観測と整合するスケール不変スペクトルの密度揺らぎを生成できるか？
• RQ3 事前跳躍の収縮段階と跳躍後の膨張段階が、それぞれ水平問題、平坦性問題、均一性問題を解消するのに十分なe-foldingsを生成できるか？
• RQ4 モデルはnull energy conditionを満たしており、物理的に不自然なエネルギー条件を避けることができるか？
• RQ5 この跳躍モデルは、宇宙の大規模構造を説明するインフレーションの有効な代替案として機能できるか？

主な発見

• 特異点やゴースト場を伴わない安定な跳躍が達成され、物理的整合性が保証された。
• 生成された密度揺らぎはスケール不変スペクトルを示し、観測されたCMBパワースペクトルと一致した。
• 事前跳躍の収縮段階と跳躍後の膨張段階が、それぞれ水平問題、平坦性問題、均一性問題を解消するのに十分なe-foldingsを生成した。
• モデルはnull energy conditionを破らず、因果的および熱力学的整合性を維持した。
• 跳躍機構により、インフレーションを必要とせずに、現在のサイズと構造を持つ宇宙が自然に生成された。
• パラメータ空間が解析的に制約され、観測データと整合する放射優勢の跳躍後段階を保証した。