[论文解读] A dark energy scenario consistent with GW170817 in theories beyond Horndeski

Ryotaro Kase, Shinji Tsujikawa|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

该论文在GLPV理论框架内提出了一种暗能量模型，采用具有三级和四级伽利略子相互作用的k-本质拉格朗日量，实现了与GW170817一致的晚期宇宙加速。该模型能够实现广泛的暗能量状态方程演化，包括$w_{\text{DE}} < -1$，同时与$\alpha_H$的约束及$c_t = 1$保持一致。

ABSTRACT

The Gleyzes-Langlois-Piazza-Vernizzi (GLPV) theories up to quartic order are the general scheme of scalar-tensor theories allowing the possibility for realizing the tensor propagation speed $c_t$ equivalent to 1 on the isotropic cosmological background. We propose a dark energy model in which the late-time cosmic acceleration occurs by a simple k-essence Lagrangian analogous to the ghost condensate with cubic and quartic Galileons in the framework of GLPV theories. We show that a wide variety of the variation of the dark energy equation of state $w_{ m DE}$ including the entry to the region $w_{ m DE} 1$. For the case in which the deviation of $w_{ m DE}$ from $-1$ is significant at a later cosmological epoch, the values of $\mu$ and $\Sigma$ tend to be larger at low redshifts. We also find that our dark energy model can be consistent with the bounds on the deviation parameter $\alpha_{ m H}$ from Horndeski theories arising from the modification of gravitational law inside massive objects.

研究动机与目标

• 在高阶GLPV理论中构建一个支持晚期宇宙加速的暗能量模型。
• 确保与GW170817引力波速度约束的一致性，要求$c_t = 1$。
• 探索暗能量状态方程$w_{\text{DE}}$在整个宇宙历史中的行为，包括$w_{\text{DE}} < -1$的可能性。
• 通过分析大质量天体中引力势的修正，验证模型与来自霍尔内斯基理论的$\alpha_H$偏差参数约束的一致性。

提出的方法

• 该模型在四阶以内的GLPV框架内，采用具有三级和四级伽利略子相互作用的k-本质拉格朗日量。
• 该理论被构造为在各向同性宇宙背景上确保张量传播速度$c_t = 1$，以满足GW170817约束。
• 从作用量推导标量场的动力学，通过场的能量密度与压强计算有效暗能量状态方程$w_{\text{DE}}$。
• 通过分析大质量天体内部引力势的修正，评估模型与$\alpha_H$约束的一致性。
• 数值评估$w_{\text{DE}}$、$\mu$与$\Sigma$在红移范围内的演化，以研究其时间依赖性。
• 扫描参数空间，识别$w_{\text{DE}}$显著演化、特别是进入phantom区域（$w_{\text{DE}} < -1$）的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在GLPV理论中的k-本质模型能否在保持$c_t = 1$的同时实现晚期宇宙加速？
• RQ2 在该模型中，暗能量状态方程$w_{\text{DE}}$如何演化，特别是向$w_{\text{DE}} < -1$演化时？
• RQ3 当$w_{\text{DE}}$在低红移时显著偏离$-1$时，$\mu$与$\Sigma$会产生何种影响？
• RQ4 该模型是否与大质量天体中引力修正所导致的$\alpha_H$约束一致？

主要发现

• 该模型通过GLPV理论中具有三级和四级伽利略子相互作用的k-本质拉格朗日量，实现了晚期宇宙加速。
• 暗能量状态方程$w_{\text{DE}}$可广泛变化，包括进入phantom区域（$w_{\text{DE}} < -1$），具体取决于模型参数。
• 当$w_{\text{DE}}$在晚期显著偏离$-1$时，$\mu$与$\Sigma$在低红移时增大。
• 该模型与来自霍尔内斯基理论的$\alpha_H$约束保持一致，尤其在大质量天体中引力定律修正方面。
• 在各向同性背景上，张量传播速度$c_t$保持为1，满足GW170817约束。
• 该模型为暗能量提供了一个可行的框架，统一了$c_t = 1$与丰富的$w_{\text{DE}}$演化，包括phantom穿越。