[论文解读] Interacting Tsallis holographic dark energy: Cosmic behaviour, statefinder analysis and $ω_D-ω'_D$ pair in the non-flat universe

Umesh Kumar Sharma, Vipin Chandra Dubey+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 65被引用 10

一句话总结

本文研究了在非平直宇宙中，以视界作为红外截断的相互作用Tsallis全息暗能量（THDE）模型。通过状态finder诊断与ωD–ω′D对分析，表明相互作用项b²使状态方程参数ωD能够穿越鬼魅分界线（ωD = −1），而空间曲率与Tsallis参数δ显著影响宇宙学演化，在特定参数范围内，轨迹在未来趋近于ΛCDM固定点。

ABSTRACT

The paper explores the interacting Tsallis holographic dark energy (THDE) model in a non-flat universe following an infrared cutoff as the apparent horizon. The equation of state (EoS) and the deceleration parameter of THDE model are determined to understand the cosmological evolution for interacting THDE model in the nonflat universe. By applying the statefinder $(r, s)$ parameter-pairs diagnostic and $ω_D-ω'_D$ pair dynamical analysis for the derived THDE model, we plot the evolutionary trajectories for different cases of Tsallis parameter $δ$ and interaction term $b^{2}$ and also, for spatial curvature $Ω_{k0}= 0, -0.0012$ and $0.0026$ corresponding to flat, open and closed universes, respectively, in the framework of Planck 2018 base cosmology results VI-LCDM observational data.

研究动机与目标

• 探究在非平直宇宙中，以视界作为红外截断的相互作用Tsallis全息暗能量（THDE）的宇宙演化。
• 研究Tsallis参数δ、相互作用强度b²与空间曲率Ωk0如何影响状态方程（EoS）与减速参数q。
• 应用statefinder（r, s）与ωD–ω′D对诊断，以区分THDE模型与其他暗能量模型。
• 确定THDE模型在不同曲率与相互作用条件下是否能穿越鬼魅分界线（ωD = −1）并趋近于ΛCDM固定点。
• 通过观测数据拟合评估该模型与Planck 2018基础宇宙学结果（VI-LCDM）的一致性。

提出的方法

• 该模型使用Tsallis广义熵Sδ = γAδ推导THDE的能量密度ρT = CL2δ−4，将Tsallis参数δ作为自由参数引入。
• 在暗能量与暗物质之间引入相互作用项Q = 3Hb²(ρD + ρm)，实现能量交换，从而改变状态方程参数的演化。
• 在具有空间曲率Ωk0的非平直宇宙中推导Friedmann方程，计算减速参数q与状态方程ωD作为红移的函数。
• 应用statefinder诊断（r, s）分析不同δ、b²与Ωk0取值下模型在(r, s)平面上的演化轨迹。
• 采用ωD–ω′D对诊断研究状态方程的动力学行为，特别是ωD是否穿越鬼魅分界线（ωD = −1）。
• 通过Planck 2018基础宇宙学（VI-LCDM）数据进行数值模拟，将Ωk0设为0（平直）、−0.0012（开放）与0.0026（闭合）以代表不同空间曲率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非平直宇宙中，相互作用Tsallis全息暗能量模型是否能穿越鬼魅分界线（ωD = −1）？何种条件可实现这一现象？
• RQ2 Tsallis参数δ与相互作用强度b²如何影响THDE模型中减速到加速膨胀的过渡？
• RQ3 空间曲率（Ωk0）如何影响statefinder参数（r, s）与ωD–ω′D对在THDE模型中的演化轨迹？
• RQ4 statefinder（r, s）与ωD–ω′D诊断是否能有效区分相互作用THDE模型与其他暗能量模型（包括ΛCDM与Chaplygin气体模型）？
• RQ5 在不同参数设置下，THDE模型是否在未来趋近于ΛCDM固定点（r=1, s=0, ωD=−1, ω′D=0）？

主要发现

• 仅当相互作用项b² > 0时，状态方程参数ωD才可穿越鬼魅分界线（ωD = −1），表明呈现鬼魅行为；当无相互作用（b² = 0）时，ωD始终高于−1。
• 当δ = 1.7与δ = 1.9时，无论空间曲率如何，模型在(r, s)平面上的演化轨迹在未来均趋近于ΛCDM固定点（r=1, s=0）。
• 当δ = 2.1时，模型在(r, s)平面上表现出类似Chaplygin气体的行为，表明其动力学演化与ΛCDM存在显著差异。
• 在ωD–ω′D平面上，当b² = 0.04时，δ = 1.7的轨迹穿越至ωD = −1以下，确认鬼魅相行为；而b² = 0.16则导致持续的鬼魅行为。
• 减速参数q从正值（减速膨胀）过渡至负值（加速膨胀），过渡红移与速率取决于δ与b²。
• 该模型当前的r、s、q、ωD与ω′D值随δ与b²显著变化，其结果在表1中总结了平直、开放与闭合宇宙的情形。