[论文解读] Running Vacuum from Dynamical Spacetime Cosmology

Shreya Banerjee, David Benisty+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

该论文通过作用量原理，利用标量场统一暗组分，构建了第二类运行真空模型（RVM）。通过引入作为拉格朗日乘子的动力学时空矢量场，该模型推导出修正的暗物质动力学，并预测了暗组分之间的扩散相互作用，所得宇宙学解与宇宙时钟数据一致。

ABSTRACT

The Running Vacuum Models (RVM) are candidates to resolve the Hubble constant tension. However the model does not consider a Lagrangian formulation directly. In this paper we formulate an action principle where the RVM of the second type is obtained from an action principle, with a scalar field model for the whole dark components. The Dynamical Spacetime vector field $\chi_\mu$ is a Lagrange multiplier that forces the kinetic term of the scalar field to be evaluated as the modified dark matter. When we replace the vector field by a derivative of a scalar the model predicts diffusion interactions between the dark components with a different correspondence to the RVM. The new solutions yield new cosmological scenarios that are compatible with the cosmic chronometers data-set.

研究动机与目标

• 通过在一致的作用量原理下构建第二类运行真空模型（RVM），以解决哈勃常数张力问题。
• 将暗物质与暗能量统一为单一标量场组分，避免人为假设。
• 引入动力学时空矢量场 χμ 作为拉格朗日乘子，以强制标量场的修正动能项。
• 探讨将矢量场替换为标量场导数后的宇宙学后果，导致暗组分之间出现类似扩散的相互作用。
• 将所得模型与观测数据（特别是宇宙时钟数据）进行对比，以评估其可行性。

提出的方法

• 构建一个作用量原理，使运行真空行为源于与动力学时空矢量场 χμ 耦合的标量场。
• 将 χμ 用作拉格朗日乘子，以约束标量场的动能项，从而有效修正暗物质贡献。
• 用标量场的导数替代 χμ，以生成暗组分之间的新相互作用项。
• 从作用量推导出有效运动方程，揭示暗物质与暗能量之间的类似扩散的相互作用。
• 分析由修正作用量导出的宇宙学解，重点关注哈勃参数和暗组分动力学的演化。
• 将模型预测与宇宙时钟数据集进行对比，以评估其观测相容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从基本作用量原理中推导出第二类运行真空模型？
• RQ2 引入动力学时空矢量场 χμ 作为拉格朗日乘子，如何改变有效暗物质动力学？
• RQ3 将矢量场 χμ 替换为标量场导数会产生何种宇宙学后果？
• RQ4 所得到的模型是否预测了暗组分之间的扩散相互作用？这些相互作用如何影响哈勃参数的演化？
• RQ5 新的宇宙学解是否与宇宙时钟数据集一致？

主要发现

• 成功地通过作用量原理，利用标量场表示统一的暗组分，推导出第二类运行真空模型。
• 动力学时空矢量场 χμ 作为拉格朗日乘子，强制实现修正的动能项，从而有效重新定义了暗物质。
• 将 χμ 替换为标量场的导数，导致暗物质与暗能量组分之间产生类似扩散的相互作用。
• 所得宇宙学解表现出与宇宙时钟数据集相容的哈勃参数独特演化。
• 该模型提供了一个统一的、基于拉格朗日量的运行真空情景框架，为解决哈勃常数张力问题提供了潜在途径。
• 新相互作用暗示了暗组分之间存在动态耦合，表明暗组分之间的深层关联性可能比以往认为的更为紧密。