[论文解读] Non-Additive Viscous Dark Energy: A Bayesian Analysis

W. J. C. da Silva, R. Silva|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 16被引用 1

一句话总结

本文提出了一种非加法黏性暗能量模型，利用非广延热力学通过体黏度项引入微观关联，在可加性极限下恢复标准ΛCDM模型。利用CMB、BAO、宇宙时钟和SNe Ia数据的贝叶斯分析表明，该模型在引入基于非加法统计力学的暗能量黏性现象学机制的同时，与当前观测保持一致。

ABSTRACT

By assuming a fluid description for dark energy, we propose a phenomenological approach which takes into the account effects microscopic based on the non-additive thermodynamics. These effects lead to a tiny perturbation in the perfect fluid which is the thermodynamics part of the standard model ($Λ$CDM model). The extra energy-momentum arises from the microscopic correlations captured through the distribution function of the 4-momentum of the volume element of the dark energy fluid. These correlations are taking into the account as a non-additive effect which is also related to a mechanism called Nonextensive/Extensive correspondence. This mechanism provides a way to introduce a non-additive bulk viscosity, which should be vanished in the additive limit, recovered, thus, the perfect fluid description. From the phenomenological standpoint, we motivate three models of bulk viscosity for dark energy and dark matter proposed recently, in the context of the non-additive formulation. In order to test the model, we perform a Bayesian analysis based on the data of CMB Distance priors, Baryon Acoustic Oscillations Measurements, Cosmic Chronometers, and SNe Ia distance measurements.

研究动机与目标

• 开发一种包含微观关联引起的非加法热力学效应的暗能量现象学模型。
• 引入一种非加法体黏度项，使其在可加性（理想流体）极限下退化为零，从而恢复ΛCDM模型。
• 在该非加法框架内，检验近期提出的三种暗能量和暗物质体黏度模型的可行性。
• 通过贝叶斯推断方法评估该模型与当前宇宙学数据的一致性。

提出的方法

• 利用非广延热力学构建一个描述4-动量分布函数中微观关联的非加法黏性暗能量模型。
• 通过非广延/可加性对应机制引入非加法体黏度，确保其在可加性极限下消失。
• 将近期提出的三种暗能量和暗物质体黏度现象学模型适配至非加法框架中。
• 使用观测数据（CMB距离先验、BAO测量、宇宙时钟和SNe Ia距离模数）进行贝叶斯模型比较。
• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样探索参数空间，并计算用于模型选择的贝叶斯证据。
• 通过信息准则和后验奇偶比，将非加法黏性模型与标准ΛCDM模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 与ΛCDM相比，暗能量中引入非加法黏性效应如何影响宇宙学可观测量？
• RQ2 非加法体黏度机制是否能在可加性极限下一致地退化为理想流体极限？
• RQ3 当嵌入非加法热力学框架时，所提出的三种体黏度现象学模型是否仍保持可行性？
• RQ4 当前宇宙学数据对非加法黏性暗能量模型的参数施加了何种约束？
• RQ5 非加法黏性模型的贝叶斯证据与标准ΛCDM模型相比如何？

主要发现

• 非加法黏性暗能量模型与当前宇宙学数据保持一致，包括CMB距离先验、BAO、宇宙时钟和SNe Ia测量结果。
• 在可加性极限下，非加法体黏度项消失，成功地将标准ΛCDM模型作为特例恢复。
• 贝叶斯分析表明，该模型与ΛCDM相比未表现出显著偏好，表明额外的复杂性并未改善对当前数据的拟合。
• 该模型通过非广延统计力学提供了一种热力学上合理的暗能量黏性机制。
• 三种针对暗能量和暗物质的体黏度现象学模型成功嵌入非加法框架中，同时保留了其物理动机。
• 数据对非加法黏度的参数空间施加了约束，黏度系数的上限与ΛCDM的微小偏离一致。