[論文レビュー] Cosmic acceleration from coupling of known components of matter: Analysis and diagnostics

Abhineet Agarwal, Ratbay Myrzakulov+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、新たな場を導入することなく、バリオンとダークマターの間の結合によって遅い時刻の宇宙の加速が生じることを提案する。ハッブルパラメータ、Ia型超新星、バリオンアコースティック振動のデータを用いて、モデルは観測と整合性を示し、ステートファイナーや$Om$診断による分析で、未来にファントムに類似した振る舞いを示す。

ABSTRACT

In this paper, we examine a scenario in which late-time cosmic acceleration might arise due to the coupling between baryonic matter and dark matter without the presence of extra degrees of freedom. In this case, one can obtain late-time acceleration in Jordan frame and not in Einstein frame. We consider two different forms of parametrization of the coupling function, and put constraints on the model parameters by using an integrated datasets of Hubble parameter, Type Ia supernova and baryon acoustic oscillations. The models under consideration are consistent with the observations. In addition, we perform the statefinder and $Om$ diagnostics, and show that the models exhibit a distinctive behavior due to the phantom characteristic in future which is a generic feature of the underlying scenario.

研究の動機と目的

• 既知の物質成分同士—バリオンとダークマターの間の結合から、宇宙の加速が生じ得るかどうかを検討すること。
• ジョルダン枠組みにおけるこのような結合の動的挙動を調査し、アインシュタイン枠組みと対比すること。
• ハッブルパラメータ、Ia型超新星、バリオンアコースティック振動の観測データセットを組み合わせて、モデルのパラメータを制約すること。
• ステートファイナーと$Om$診断を適用し、モデルの挙動を標準的な宇宙論的シナリオと区別すること。
• 結合のメカニズムが、将来的に一般にファントムに類似した進化を引き起こすかどうかを特定すること。これは、そのメカニズムの重要な特徴である。

提案手法

• 結合関数の2つの異なるパrametrizationを用いて、バリオンとダークマターの結合を形式化する。
• ジョルダン枠組みにおける有効エネルギー運動量テンソルと修正されたフレリューディの式を導出し、遅い時刻の加速を分析する。
• 力学をアインシュタイン枠組みに変換し、加速がジョルダン枠組みでのみ発生することを確認する。
• ハッブルパラメータ測定値、Ia型超新星（Pantheonサンプル）、バリオンアコースティック振動の連携データセットを用いて、モデルのパラメータを制約する。
• ステートファイナー診断（$r$-$s$平面）と$Om$診断を適用し、宇宙膨張の進化を調査し、$Ω_m$CDMとは異なるモデルの特徴を明らかにする。
• 方程式状態の将来の進化を分析し、結合メカニズムの一般的結果としてファントムに類似した振る舞いが得られることを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新たな場や成分を導入せずに、バリオンとダークマターの間の結合のみで宇宙の加速が生成可能か？
• RQ2 結合がジョルダン枠組みとアインシュタイン枠組みにおいて観測可能な違いを生じるか、特に遅い時刻の加速の文脈で？
• RQ3 ステートファイナーと$Om$診断は、$Ω_m$CDMと比較して、結合モデルの膨張歴をどのように特徴づけるか？
• RQ4 現在の宇宙論的データから、結合関数のパラメータにどのような制約がかかるか？
• RQ5 モデルは将来に一般にファントムに類似した進化を予測するか？そして、この振る舞いは結合メカニズムの直接的な結果であるか？

主な発見

• バリオン-ダークマター結合を含むモデルは、ジョルダン枠組みで遅い時刻の宇宙の加速を生じるが、アインシュタイン枠組みではそのような加速は発生しない。
• ハッブルパラメータ、Ia型超新星、バリオンアコースティック振動の連携データセットは、モデルのパラメータを制約し、現在の観測と整合性を示す。
• ステートファイナー診断は、$r$-$s$平面において$Ω_m$CDMモデルとは異なる明確な軌道を示し、モデルの特徴を示している。
• $Om$診断は、標準的な$Ω_m$CDMの挙動からの逸脱を確認し、モデルの独自の膨張力学を支持している。
• モデルは将来に一般にファントムに類似した進化を示し、方程式状態が$w = -1$を crosses する。これは、結合メカニズムの特徴的兆候である。
• ファントム的振る舞いは、特定のパラメータ選択の結果ではなく、結合シナリオの本質的で頑健な特徴である。