[论文解读] Galileons on Trial

Stephen Appleby, Eric V. Linder|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2012

Geophysics and Gravity Measurements被引用 27

一句话总结

本文研究了伽利略引力作为解释宇宙加速膨胀的ΛCDM模型的可行替代方案，表明尽管其可分别匹配膨胀或结构增长历史，但无法同时再现两者。当前观测数据强烈排斥一大类不与物质耦合的伽利略模型，使其作为ΛCDM的替代方案被排除。

ABSTRACT

Galileon gravity is a robust theoretical alternative to general relativity with a cosmological constant for explaining cosmic acceleration, with interesting properties such as having second order field equations and a shift symmetry. While either its predictions for the cosmic expansion or growth histories can approach standard \Lambda CDM, we demonstrate the incompatibility of both doing so simultaneously. Already current observational constraints can severely disfavor an entire class of Galileon gravity models that do not couple directly to matter, ruling them out as an alternative to \Lambda CDM.

研究动机与目标

• 评估伽利略引力是否能同时再现ΛCDM所描述的宇宙膨胀与结构增长历史。
• 在当前观测约束下，评估不与物质耦合的伽利略模型作为ΛCDM替代方案的可行性。
• 确定伽利略子的规范对称性与二阶场方程是否足以在观测检验下维持一致的宇宙演化。

提出的方法

• 作者分析了具有二阶场方程与规范对称性的伽利略引力模型的宇宙演化。
• 将模型对哈勃参数与物质功率谱的预测，与宇宙微波背景和大尺度结构巡天的观测数据进行比较。
• 分析不直接与物质耦合的模型，重点关注其与膨胀历史与增长历史约束的一致性。
• 研究使用费舍尔矩阵预测与似然比较，量化观测相容性。
• 通过确保模型满足能量条件并避免鬼魅态或梯度不稳定性，检验理论一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 伽利略引力模型能否同时匹配ΛCDM所描述的观测宇宙膨胀历史与物质增长历史？
• RQ2 当前观测数据在多大程度上约束了不与物质耦合的伽利略模型？
• RQ3 当同时考虑膨胀与增长时，伽利略子的规范对称性是否足以维持与宇宙观测的一致性？

主要发现

• 不直接与物质耦合的伽利略引力模型受到当前观测数据的严重排斥。
• 所研究类别中的任何模型都无法同时再现ΛCDM的宇宙膨胀历史与物质增长历史。
• 不兼容性源于为匹配一种历史所需的参数空间，与另一种历史的约束相冲突。
• 尽管伽利略模型的个别特征可模仿ΛCDM，但联合约束排除了整个非最小耦合模型类别。
• 结果表明，此类伽利略模型若无直接物质耦合，无法作为ΛCDM的稳定替代方案。