[论文解读] Unexplored regions in teleparallel $f(T)$ gravity: Sign-changing dark energy density

Özgür Akarsu, Bilal Bulduk+3 more|Istanbul Technical University Academic Open Archive (Istanbul Technical University)|Oct 30, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本论文研究指数级红外平移 f(T) 引力中的未被探索的解空间，揭示 β<0 区域产生符号改变的暗能量密度，在晚期从负值转为正值，并展示加入宇宙常数如何扩大与数据一致的可行宇宙学。

ABSTRACT

While $f(T)$ gravity has shown considerable potential in addressing cosmological tensions, we explore previously overlooked solution spaces that hold further promise. We examine the case where the customary assumption of a strictly positive effective DE density may not apply, offering new possibilities. Focusing on $f(T) = T e^{T_*/T}$, we investigate cosmological solutions parametrized by the parameter $β= T_*/T_0$. This parameter uniquely determines $Ω_{ m m0}$, and its sign plays a crucial role in characterizing deviations from the $Λ$CDM. We elaborate on the structural asymmetry between the positive- and negative-$β$ branches: while the $β_{+}$ leads to dynamics with modest departures from $Λ$CDM, the $β_{-}$ yields more pronounced and nontrivial deviations. Despite these deviations, the negative-$β$ branch can remain consistent with local gravity constraints through an effective chameleon-like mechanism. We also examine the model in the context of dynamical DE. Ensuring consistency with CMB data, the widely studied $β_{+}$ exhibits phantom behavior, while the previously overlooked $β_{-}$ features a sign-changing DE density that transitions smoothly from negative to positive values at $z_{\dagger} \sim 1.5$. Though the sign-changing DE leads to a larger-than-expected enhancement, we extend the analysis by incorporating $Λ$. This extension broadens the solution space consistent with the SH0ES measurement while maintaining consistency with CMB. Additionally, it introduces richer phenomenological possibilities, including the potential moderation or cessation of cosmic acceleration at very low redshifts, aligning with recent observational analyses, such as those from DESI BAO data. Our findings suggest that existing $f(T)$ models, as well as $f(Q)$ models, should be revisited in light of the novel theoretical insights presented here.

研究动机与目标

• 在修正引力设置中重新考虑正的暗能量密度的动机。
• 识别并表征 f(T) 指数级红外模型中尚未探索的区域，这些区域允许符号变化的暗能量密度。
• 评估这些区域相对于 CMB 与观测数据的稳定性与一致性。
• 探索带宇宙常数的扩展，以拓宽可行的宇宙学解。

提出的方法

• 采用指数级红外 f(T) 模型 f(T)=Te^{βT0/T}，并将 β 与当前物质密度 Ωm0 联系起来。
• 使用 FLRW 背景，推导修正的弗里曼方程及将 H(z) 与 Ωm0 相连的约束方程。
• 按 β 值对解区域进行分类，并分析 H(z)、q(z) 与 fT 以评估稳定性及幻能态/幻能跨界行为。
• 明确表达 z(H) 和 dH/dN 以研究背景进化，而无需给出显式的 H(z) 解。
• 研究将模型扩展到 f(T)+2Λ 对于与 SH0ES 和 CMB 等数据集的宇宙可行性影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 f(T)=Te^{βT0/T} 中 β–Ωm0 参数空间哪些区域能够产生可行的晚期加速和正的有效暗能量？
• RQ2 在该模型中 β<0 能否在避免不稳定性或幽灵的情况下产生符号改变的暗能量密度？
• RQ3 加入宇宙常数如何改变解空间及与观测数据（如 SH0ES、CMB）的兼容性？

主要发现

• β<0 区域（Region III/IV）产生可在晚期从负值转为正值的有效暗能量。
• β<0 情况还满足 fT 的正性，避免幽灵不稳定性，与某些 β>0 区域不同。
• 在 f(T) 框架中，晚期宇宙可出现符号改变的暗能量密度，为解决宇宙学矛盾提供潜在途径。
• 将模型扩展到 f(T)+2Λ 可拓宽可行宇宙学解，并在与 CMB 谱相容的同时，容纳 SH0ES 的 H0 测量。
• 研究强调在关注符号改变的 DE 和新的参数空间区域的背景下，重新审视现有的 f(T) 模型。