[论文解读] Cosmic evolution in $f(Q,T)$ gravity: Exploring a higher-order time-dependent function of deceleration parameter with observational constraints

Madhur Khurana, Himanshu Chaudhary+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文在$f(Q,T)$引力理论中提出一种三次时间依赖的去加速参数，以建模晚期宇宙加速膨胀，利用观测数据（CC、SNIa、BAO、CMB、GRB、Q）约束模型参数。结果表明当前去加速参数为$q_0 \approx -1$，表明存在超加速现象，且与Planck 2018结果的吻合度有所提高，尽管统计准则仍略微偏好$\Lambda$CDM模型。

ABSTRACT

In this research paper, we explore a well-motivated parametrization of the time-dependent deceleration parameter, characterized by a cubic form, within the context of late time cosmic acceleration. The current analysis is based on the $f(Q,T)$ gravity theory, by considering the background metric as the homogeneous and isotropic Friedmann Lemaître Robertson Walker (FLRW) metric. Investigating the model reveals intriguing features of the late universe. To constrain the model, we use the recent observational datasets, including cosmic chronometer (CC), Supernovae (SNIa), Baryon Acoustic Oscillation (BAO), Cosmic Microwave Background Radiation (CMB), Gamma Ray Burst (GRB), and Quasar (Q) datasets. The joint analysis of these datasets results in tighter constraints for the model parameters, enabling us to discuss both the physical and geometrical aspects of the model. Moreover, we determine the present values of the deceleration parameter ($q_0$), the Hubble parameter ($H_0$), and the transition redshift ($z_t$) from deceleration to acceleration ensuring consistency with some recent results of Planck 2018. Our statistical analysis yields highly improved results, surpassing those obtained in previous investigations. Overall, this study presents valuable insights into the higher order $q(t)$ model and its implications for late-time cosmic acceleration, shedding light on the nature of the late universe.

研究动机与目标

• 探索$f(Q,T)$引力中更高阶的时间依赖去加速参数，以更准确描述晚期宇宙加速膨胀。
• 利用近期多样化的观测数据集（包括宇宙时钟、Ia型超新星、BAO、CMB、GRB和类星体）约束模型参数。
• 评估该模型与当前宇宙学观测（尤其是Planck 2018结果）在物理和几何上的一致性。
• 将该模型对$q_0$、$H_0$和转变红移$z_t$的预测与$\Lambda$CDM模型进行比较。
• 利用$\chi^2$、AIC、BIC和拟合优度等统计准则评估模型性能。

提出的方法

• 在FLRW度规框架下假设去加速参数具有三次函数形式：$q(t) = a_0 + a_1 t + a_2 t^2 + a_3 t^3$。
• 推导$f(Q,T)$引力中的场方程，其中$Q$为非度规标量，$T$为能量-动量张量的迹。
• 数值求解修正的宇宙学方程，将哈勃参数和距离模量表示为红移的函数。
• 使用六组数据集进行联合观测分析：宇宙时钟（CC）、Ia型超新星（SNIa）、BAO、CMB、GRB和类星体（Q）。
• 应用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）技术约束模型参数并计算统计指标。
• 通过动力学诊断工具评估模型的宇宙学行为：急动参数、状态方程$\{r,s\}$以及$Om(z)$诊断。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$f(Q,T)$引力中，三次时间依赖的去加速参数如何影响宇宙膨胀的演化？
• RQ2 当利用多探针观测数据约束时，该模型参数的最佳拟合值是什么？
• RQ3 该模型是否预测了与Planck 2018观测一致的从减速到加速的转变？
• RQ4 在统计拟合和动力学行为方面，该模型与$\Lambda$CDM模型相比如何？
• RQ5 该模型对宇宙历史中状态方程、能量密度和压强的预测具有何种含义？

主要发现

• 该模型预测当前去加速参数为$q_0 \approx -1$，表明存在超加速膨胀，显著低于$\Lambda$CDM模型预测的$q_0 \approx -0.5$。
• 从减速到加速的转变红移估计为$z_t \approx 0.65$，与Planck 2018的约束一致。
• 在$z=0$时的哈勃参数被约束为$H_0 \approx 67.5$ km/s/Mpc，与Planck 2018结果一致。
• 在$z=0$时的急动参数高于$\Lambda$CDM模型的1，所有数据集均预测$j \approx 1.2$，表明与标准动力学的偏差更强。
• $Om(z)$诊断显示，对于CC、SNIa和联合数据集，该模型位于$\Omega_{m0}$之下，表明存在持续的类phantom相；然而，BAO数据表明其行为转向类quintessence特征。
• 统计分析表明，尽管具有三次$q(t)$的$f(Q,T)$模型相比先前模型提供了更优的拟合效果，但$\Lambda$CDM模型在$\chi^2$、AIC和BIC指标上仍表现略优，表明其在拟合优度与模型复杂度之间具有更佳平衡。