[論文レビュー] Solution to the Isotropy Problem for Cosmological Hidden Vector Models

José A. R. Cembranos, Antonio L. Maroto+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 12被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、一般条件下において、局所慣性系の観測者に対して、急速に振動するベクトル場の平均エネルギー運動量テンソルが等方的になることを証明することで、宇宙論的隠れベクトルモデルにおける等方性問題を解決する。等方性定理により、固有の非等方性を持つにもかかわらず、 coherent ベクトル場は、ダークマター、ダークエネルギー、またはインフレーションのダイナミクスの妥当な候補として機能しうる。

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.

研究の動機と目的

• 宇宙論的ベクトル場モデルにおける根本的な等方性問題に取り組み、さもなければCMBの非等方性制約と矛盾する。
• コherent ベクトル場が、ダークマター、ダークエネルギー、またはインフレーションのシナリオにおいてスカラー場の妥当な代替候補として機能できるかどうかを調査する。
• 固有の非等方性にもかかわらず、ベクトル場のダイナミクスが等方的な有効エネルギー運動量テンソルをもたらす一般条件を確立する。
• アーベル型で線形偏光を持つベクトルモードに限った先行結果を、任意の偏光状態およびポテンシャルを持つより広いクラスのベクトル場へと拡張する。
• 観測的な等方性制約に反しないように、質量を有する急速な振動を示すベクトル場を宇宙論的モデルに使用する理論的基盤を提供する。

提案手法

• ロバートソン＝ウォーカー時空における一様でコherent なベクトル場のエネルギー運動量テンソルを分析する。
• 等方性定理を適用し、エネルギー運動量テンソル内の方向依存性が急速な振動によって平均化されることを示す。
• 振動時定数がハッブル時定数よりもはるかに短い、有界で高周波数のベクトル場の時間発展を検討する。
• アーベル型や線形偏光に限らない、任意の偏光状態およびポテンシャル形への一般化を図る。
• 局所慣性系における平均エネルギー運動量テンソルを計算するために、有効場理論の手法を用いる。
• 指定された急速な振動領域において、等方性条件 ⟨Tμν⟩ ∝ gμν が普遍的に成り立つことを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 急速に振動するベクトル場は、固有の非等方性を持つにもかかわらず、有効エネルギー運動量テンソルを等方的にすることができるか？
• RQ2 どのような条件下で、宇宙論的時空におけるコherent ベクトル場の平均エネルギー運動量テンソルが等方的になるか？
• RQ3 特に質量を有するコherent ベクトル場である隠れベクトル場は、ダークマター、ダークエネルギー、またはインフレーションの妥当な候補として機能できるか？
• RQ4 等方性の結果は、ベクトル場のアーベル性や偏光状態に依存するか？
• RQ5 急速な振動は、どのようにベクトル場の有効ストレインエネルギーにおける非等方的寄与を抑制するか？

主な発見

• 任意の局所慣性系の観測者に対して、急速に振動するベクトル場の平均エネルギー運動量テンソルは、偏光状態やポテンシャルの形にかかわらず等方的である。
• 等方性の結果は非常に一般的な条件下で成り立つ：ハッブル時定数に対して有界で高周波数の振動。
• 等方性定理は、アーベル型および非アーベル型の両方のベクトル場に適用可能であり、線形偏光モードに限った先行結果を拡張する。
• ロバートソン＝ウォーカー幾何における質量がハッブルパラメータを上回るマスを有するベクトル場は、必要な急速な振動条件を満たす。
• このような場の有効状態方程式は、平均的に w = 1/3 に近づき、放射に類似した振る舞いと整合する。
• この結果により、コherent ベクトル場を宇宙論的成分として使用する上で大きな障害が解消され、ダークマター、ダークエネルギー、インフレーションモデルへの応用が可能になる。