[论文解读] Evolution of entropic dark energy and its phantom nature

Titus K. Mathew, Chinthak Murali+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 52被引用 3

一句话总结

本文研究了一种从爱因斯坦-希尔伯特作用量的表面项导出的非相互作用熵暗能量（EDE）模型，利用联合型Ia超新星数据进行约束。结果表明，该模型预测早期减速演化向晚期加速演化转变，在红移 z < 0.257 时表现出类幽灵行为（ω < -1），并在约360亿年后导致大撕裂奇点，此时标度因子与暗能量密度在有限时间内发散。

ABSTRACT

Assuming the form of the entropic dark energy as arises form the surface term in the Einstein-Hilbert's action, it's evolution were analyzed in an expanding flat universe. The model parameters were evaluated by constraining model using the Union data on Type Ia supernovae. We found that the model predicts an early decelerated phase and a later accelerated phase at the background level. The evolution of the Hubble parameter, dark energy density, equation of state parameter and deceleration parameter were obtained. The model is diagnosed with $Om$ parameter. The model is hardly seems to be supporting the linear perturbation growth for the structure formation. We also found that the entropic dark energy shows phantom nature for redshifts $z<0.257.$ During the phantom epoch, the model predicts big-rip effect at which both the scale factor of expansion and the dark energy density become infinitely large and the big rip time is found to be around 36 Giga Years from now.

研究动机与目标

• 分析平坦弗里德曼-罗伯逊-沃尔克宇宙中非相互作用熵暗能量（EDE）的背景演化。
• 利用联合型Ia超新星数据集约束模型参数。
• 评估该模型与哈勃参数观测数据及结构形成观测的一致性。
• 研究由于EDE的幽灵特性可能引发的大撕裂奇点的可能性。

提出的方法

• 从熵暗能量密度 ρEDE = 3(CHH² + ĊHḢ) 推导出哈勃参数，其中 CH 和 ĊH 为模型参数。
• 使用包含熵贡献的弗里德曼方程来模拟宇宙膨胀。
• 通过将模型预测的距离模数与联合型Ia超新星数据集进行拟合，约束 CH 和 ĊH。
• 评估哈勃参数、暗能量密度、状态方程参数 ωEDE 及减速参数 q 的演化。
• 应用 Om 诊断方法评估该模型相对于 ΛCDM 的行为特征。
• 在幽灵区域近似哈勃参数，以估算大撕裂发生的时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 非相互作用熵暗能量模型是否预测了从早期减速到晚期加速的演化转变？
• RQ2 状态方程参数 ωEDE 是否穿越幽灵分界面（ω = -1）？若穿越，发生在何种红移？
• RQ3 该模型能否被Ia型超新星数据约束？其与观测哈勃参数测量结果相比如何？
• RQ4 EDE的幽灵特性是否会导致未来的大撕裂奇点？若会，何时发生？
• RQ5 该EDE模型对线性扰动增长及大尺度结构形成有何影响？

主要发现

• 该模型预测在红移 z ≈ 0.57 处发生从早期减速到晚期加速的转变，略高于Easson等人报告的 z ≈ 0.5。
• 状态方程参数 ωEDE 在 z < 0.257 时穿越幽灵分界面（ω = -1），并稳定在约 -1.3，当前值为 ωEDE ≈ -1.185。
• 基于最佳拟合参数，预测大撕裂奇点将在约360亿年后发生。
• 在晚期幽灵时期，暗能量密度 ρEDE 随标度因子 a 增大而正比增加，在大撕裂时刻发散。
• 该模型表现出略高的有效物质密度参数 ˜Ωm0 ≈ 1.25Ωm0，可能抑制线性扰动增长，阻碍结构形成。
• 对于 z < 0 的情形，膨胀速率 H 的增长快于 ΛCDM 模型，导致视界缩小，可能使大尺度结构失去因果联系。