[论文解读] GCG Inflation in the light of Planck and BICEP2

Bikas R Dinda, S. Kumar+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2014

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用 3

一句话总结

本文研究了在5维膜世界情景下，广义查普利金气体（GCG）作为可行暴胀模型的潜力，表明其可产生与普朗克（Planck）和BICEP2数据一致的可观测原初涨落。尽管在4维爱因斯坦引力中GCG无法作为暴胀驱动者，但在高维宇宙学中其表现成功，但若不采用幻影型暗能量状态方程，则无法解决BICEP2与普朗克数据之间的张力。

ABSTRACT

In this work, we study an inflationary scenario in the presence of Generalized Chaplygin Gas (GCG). We show that in Einstein gravity, GCG is not a suitable candidate for inflation; but in a five dimensional brane world scenario, it can work as a viable inflationary model. We calculate the relevant quantities such as $n_{s}$, $r$ and $A_{s}$ related to the primordial scalar and tensor fluctuations, and using their recent bounds from Planck and BICEP2, we constrain the model parameters as well as the five-dimensional Planck mass. But as a slow-roll inflationary model with a power-law type scalar primordial power spectrum, GCG as an inflationary model can not resolve the tension between results from BICEP2 and Planck with a concordance $\Lambda$CDM universe. We show that with a phantom type dark energy equation of state, this tension may be eased.

研究动机与目标

• 评估广义查普利金气体（GCG）在爱因斯坦引力及更高维膜世界情景下作为暴胀模型的可行性。
• 计算关键暴胀可观测量：标量谱指数 $n_s$、张量标量比 $r$ 和振幅 $A_s$。
• 利用近期来自普朗克和BICEP2的观测约束，对模型参数和5维普朗克质量进行约束。
• 探究GCG暴胀是否能在 $Λ$CDM 框架下缓解BICEP2与普朗克结果之间的张力。
• 探讨引入幻影型暗能量状态方程是否可缓解观测数据中的宇宙学差异。

提出的方法

• 构建一个以GCG作为暴胀场的5维膜世界宇宙学模型。
• 推导膜上的有效4维弗里德曼方程，以描述暴胀期间的标量和张量涨落。
• 利用慢滚近似计算标量和张量涨落的原初功率谱。
• 从功率谱中提取可观测量 $n_s$、$r$ 和 $A_s$，并与普朗克和BICEP2的约束进行比较。
• 执行参数空间扫描，以约束GCG参数和5维普朗克质量。
• 引入幻影型暗能量状态方程，评估其对缓解BICEP2-普朗克张力的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 广义查普利金气体能否在4维爱因斯坦引力中作为可行的暴胀场？
• RQ2 5维膜世界情景是否能使GCG产生与普朗克和BICEP2数据一致的暴胀预测？
• RQ3 GCG模型在多大程度上能对5维普朗克质量和其它模型参数施加约束？
• RQ4 GCG模型能否在 $Λ$CDM 框架下缓解BICEP2与普朗克观测之间的差异？
• RQ5 引入暗能量的幻影型状态方程是否可减小BICEP2与普朗克结果之间的张力？

主要发现

• 在4维爱因斯坦引力中，由于 $n_s$ 和 $r$ 的预测不兼容，GCG无法作为可行的暴胀模型。
• 在5维膜世界情景下，GCG可产生与普朗克和BICEP2对 $n_s$、$r$ 和 $A_s$ 的约束一致的暴胀动力学。
• 通过与观测数据对比，该模型可对5维普朗克质量和GCG参数施加约束。
• 尽管该模型能拟合观测数据，但采用幂律标量功率谱的GCG模型仍无法在 $Λ$CDM 框架下缓解BICEP2与普朗克结果之间的张力。
• 引入幻影型暗能量状态方程可能有助于缓解BICEP2与普朗克数据之间观测到的张力。