Curvature singularities, tidal forces and the viability of Palatini f(R) gravity
在以前的文章中，我们证明了静态球对称物体，在其表面附近，由多方状态方程3/2<Gamma<2描述，在Palatini f（R）引力中表现出曲率奇异性。我们认为，这严重怀疑帕拉提尼f（R）引力作为广义相对论的可行替代的有效性。本文进一步研究了Palatini f（R）引力的这一特性，以阐明其物理解释和结果。
2008-04-15 astro-ph gr-qc hep-ph
The pattern of growth in viable f(R) cosmologies
我们研究了度规f（R）引力模型中线性扰动的演化，并确定了宇宙学结构行为中一种潜在的可观测特征尺度依赖模式。虽然在背景水平上可行的f（R）模型必须密切模仿LCDM，但它们对大尺度结构生长的预测差异可能足够大，可以在未来的弱透镜调查中看到。当工作在约旦框架，我们执行的爱因斯坦框架中的结构的生长的分析研究，证明了在两个框架中的动力学的等价性。我们还提供了一个物理解释的结果在一个有效的暗能量流体的动力学与非零剪切。我们发现f（R）中结构的增长得到了增强，但没有与附加的吸引力“第五力”相关的小尺度不稳定性。然后，我们简要地考虑一些最近提出的修正重力观测测试和他们的效用检测的f（R）模式的结构增长。
2010-01-16 astro-ph gr-qc
Indistinguishable Macroscopic Behaviour of Palatini Gravities and General Relativity
我们表明，在一些修改后的引力理论，如Palatini模型，场方程的非线性性质意味着通常的天真的平均程序（取代微观能量动量的宇宙学平均）可能是无效的。因此，帕拉蒂尼理论中粒子的相对运动实际上与广义相对论所预言的是无法区分的。此外，没有违反WEP。我们的新的和最重要的结果是，宇宙学和天体物理学，或者更一般地说，宏观尺度上的行为，由这两个理论预测是相同的，因此，与宇宙学常数有关的自然性问题没有得到缓解。然而，帕拉蒂尼引力确实预测了粒子内部结构和粒子物理定律的改变，例如，对氢能级的修正。测量的地方强有力的约束可行的帕拉蒂尼重力的属性。
2009-01-21 astro-ph gr-qc hep-ph
Microscopic and Macroscopic Behaviors of Palatini Modified Gravity Theories
我们表明，在修改后的引力，场方程的非线性性质意味着通常的天真的平均程序（取代微观能量动量的宇宙学平均）是无效的。然后我们讨论了如何正确地进行平均，并表明，作为一个结果，在经典水平上的物理质量和测地线的粒子，宇宙学和天体物理学在Palatini修改的引力理论都是不可区分的广义相对论加上一个宇宙学常数的结果。然而，帕拉提尼引力是一个不同于广义相对论的理论，它预言了不同于广义相对论的粒子内部结构。另一方面，与经典粒子相反，电磁场在空间中渗透，因此这里应该应用不同的平均过程。我们表明，在一般情况下，帕拉蒂尼引力理论会影响光子的传播，从而改变宇宙的辐射为主的行为。最后，帕拉蒂尼理论还预言了粒子物理定律的改变。例如，它可以导致对氢能级的敏感修正，对氢能级的测量可以用来对可行的帕拉蒂尼引力理论的性质施加非常强的约束
2008-05-30 astro-ph gr-qc hep-ph
Palatini form of 1/R gravity
有人认为，最近宇宙膨胀的加速是由于爱因斯坦-希尔伯特项加上一个与里奇标量的倒数成比例的项所构成的修正引力作用。虽然这个理论的原始版本已经被证明与太阳系的观测相冲突，但一个修正的Palatini版本的理论，其中度规和连接被视为变分原理中的独立变量，被认为是宇宙加速的可行模型。我们证明了这个理论等价于一种标量-张量理论，其中标量场动能项不存在于作用量中，因此标量场不是一个独立的动力学自由度。在10^（-3）eV量级（哈勃尺度和普朗克尺度的几何平均值）的能量尺度下，对标量场进行积分，会在粒子物理学的标准模型的物质场之间产生额外的相互作用，因此该理论被排除在电子-电子散射实验之外。
2003-08-12 astro-ph gr-qc hep-th
Observational Constraints On Power-Law Cosmologies
在一类通过将标量或张量经典场耦合到时空曲率来解决宇宙学常数问题的模型中，普适标度因子在年龄$a \propto t^α$中以幂律增长，而与物质含量或宇宙学时代无关。我们调查的约束，这种“幂律宇宙学”从目前的宇宙年龄，星等红移关系，并从原始核合成。来自宇宙当前年龄和高红移超新星数据的限制要求$α$（$\approx 1$）“大”，而与氘和氦-4的推断原始丰度的一致性迫使$α$位于一个较低值（$\approx 0.55$）附近的非常窄的范围内。这些独立的宇宙学约束之间的不一致性表明，这种幂律宇宙学是不可行的。
1998-05-08 astro-ph hep-ph
Density perturbations in f(R) gravity theories in metric and Palatini formalisms
我们做了详细的研究，在度量和Palatini形式主义的理论，其拉格朗日密度是一个通用的函数，f（R），里奇标量的物质密度扰动。我们在许多规范中推导出这些方程。我们表明，可行的模型，满足宇宙学和局部引力约束（LGC），物质扰动方程下的亚视界近似推导出的是有效的，即使是超哈勃尺度的振荡模式（标量）不占主导地位的物质诱导模式。这种近似方程在Palatini形式主义中特别可靠，因为没有标量。使用这些方程，我们做了一个比较研究的行为的密度扰动以及引力势的一些类的理论。在度量形式体系中，表征与Lambda CDM模型的偏差的参数m = Rf_{,RR}/f_{,R}在物质时代被限制为非常小，以确保与LGC的兼容性，但是可以允许m在当前时代增长到10 ^{-1}的数量级的模型。这些模型也遭受额外的微调，由于存在的标量模式，这是不存在的Palatini的情况下。在Palatini形式主义中，LGC和背景宇宙学约束通过将其约束为小于~0.1而仅提供了对|m|的弱边界。这与物质密度扰动相反，在银河系尺度上，物质密度扰动对目前的偏差参数m施加了更严格的限制，其数量级为|m| <10 ^{-5}-10 ^{-4}。这是由于在Palatini情况下物质扰动的特殊演化，其表现出取决于m的符号的快速增长或阻尼振荡。
2008-02-18 astro-ph gr-qc hep-ph
Relaxation dark energy in non-critical string cosmologies and astrophysical data
在这次演讲中，我们简要回顾了非临界（耗散）弦宇宙学的基本特征，并将其中一些模型与超新星数据进行了比较。我们特别注意的离壳层和非临界弦宇宙的动力学演化方程的贡献，以及玻尔兹曼方程的物种丰度。后者可能对修改物理上吸引人的粒子物理模型（如超对称性）的天体物理约束产生重要影响。数据拟合表明，非临界弦宇宙学可能是LambdaCDM模型的可行替代方案。
2006-11-26 astro-ph hep-ph hep-th
Accelerating Cosmologies with an Anisotropic Equation of State
如果暗能量状态方程是各向异性的，宇宙的膨胀率在后期变得依赖于方向。我们表明，这样的模型不仅是宇宙学上可行的，但他们可以解释一些观测到的异常的CMB，并揭示了一些符合问题。可能的各向异性，然后可以通过研究它的影响，从几个观测推断的光度距离红移关系的约束。作为这种可能性的一个例子，矢量场作用的暗能量。
2008-01-07 astro-ph gr-qc hep-ph
Statistical Tests for CHDM and \LambdaCDM Cosmologies
我们应用几个统计估计的高分辨率N体模拟两个目前可行的宇宙学模型：一个混合暗物质模型，有两个大质量中微子（C+2 \nuDM）贡献的$Ω_ν=0.2$，和冷暗物质模型与宇宙学常数（\LambdaCDM）与$Ω_0=0.3$和h=0.7。我们的目的是比较模拟星系样本与英仙座-双鱼座红移巡天（PPS）。我们考虑了n点关联函数（n=2-4）、N个概率函数P_N（包括空穴概率函数P_0）和欠密度概率函数U_ε（其中ε以平均值的百分比确定欠密度阈值）。我们发现P_0（PPS和CfA 2数据一致）和P_1有效地区分了模型，而U_ε仅具有边缘区分性。相反，在所有情况下，约化偏度和峰度分别为S_3 \simeq 2.2和S_4 \simeq 6-7，与尺度无关，与基于红移巡天的分级标度预测和估计一致。在我们的结果中，我们强调PPS数据和C+2 \nuDM在所有测试中的显着协议。相反，如果星系和物质超密度以简单的方式联系起来，那么上述\LambdaCDM模型在再现观测数据方面就有严重的困难。
1996-11-13 astro-ph
The Cosmology of f(R) Gravity in the Metric Variational Approach
我们考虑了在f（R）引力的一个子类中产生的宇宙学，其中f（R）=R+μ^{2n+2}/（-R）^{n}且-1<n<0，用度规变分方法（与Palatini方法相反）导出了引力场方程.在Jordan框架下，在背景和微扰水平上，对各向同性和均匀宇宙学模型进行了计算。对于前者，我们还讨论了连接到爱因斯坦框架中的额外的自由度的理论是与一个标量场共享的“变色龙”字段的一些属性。对于后者，我们导出了一般f（R）引力理论中的协变形式的宇宙学扰动方程，并将其数值实现，计算了宇宙学模型的宇宙微波背景温度和物质功率谱。CMB的功率被证明是减少在低l的，和物质的功率谱在小尺度上几乎是尺度无关的，从而具有类似的形状，在标准的广义相对论。这些与在Palatini f（R）引力中发现的形成鲜明对比，在Palatini f（R）引力中，CMB功率在低l's时被大大放大，并且物质光谱在小尺度下强烈依赖于尺度。这些特征使得本模型比Palatini f（R）场方程更适用，并且背景演化、CMB功率谱或物质功率谱的数据目前都没有排除它。
2007-03-14 astro-ph gr-qc
Hydrodynamical N-body simulations of coupled dark energy cosmologies
如果宇宙在当前时期的加速膨胀是由暗能量标量场驱动的，那么在暗能量和冷的暗物质（CDM）流体之间很可能存在非平凡的耦合。这样的相互作用在宇宙结构的增长中产生了新的特征，比如CDM粒子之间的额外的长程吸引力，或者暗物质粒子质量随时间的变化。我们已经在N体代码GADGET-2中实现了这些效应，并呈现了一系列高分辨率N体模拟的结果，其中暗能量分量直接与冷暗物质相互作用。作为新物理学的结果，CDM和重子分布在线性和非线性结构形成区域中的演化是不同的。在大尺度上，这两个分量之间已经形成了线性偏差，非线性演化进一步增强了这种偏差。我们还发现，与以前的工作相比，CDM晕的密度分布是不太集中的耦合暗能量宇宙学相比，LCDM，这一功能并不依赖于初始条件设置，但一个特定的后果，额外的物理耦合。此外，在耦合模型中的晕重子分数显着降低低于通用重子分数。这些特征缓解了观测与小尺度LCDM模型之间的紧张关系。我们的方法非常适合于探索耦合暗能量模型在完全非线性制度，这可以提供强大的约束，这种情况下可行的参数空间的预测。
2010-02-05 astro-ph
Some Observational Consequences of Brane World Cosmologies
宇宙中暗能量的存在是直接或间接地从大量的观测证据中推断出来的。最简单和理论上最吸引人的可能性是真空能量密度（宇宙学常数）。然而，尽管与目前的观测结果一致，这种可能性加剧了众所周知的宇宙学常数问题，需要一个自然的解释，但非零值。在这篇论文中，我们把注意力集中在另一个暗能量候选者上，一个从引力\emph{leakage}到额外维度中产生的暗能量。我们调查的观测约束，从目前的测量角尺寸的高$z$紧凑的无线电源加速模型的基础上，这个大规模的修改重力。在这些模型的背景下，宇宙的预测年龄进行了简要的讨论。我们认为，未来的观测将使这些宇宙学更准确的测试，并可能表明，这种模型构成了一个可行的可能性的暗能量的问题。
2002-05-17 astro-ph gr-qc hep-th
Primordial black hole constraints in cosmologies with early matter domination
模场是任何超引力和超弦启发的超对称理论的自然预测，它可能导致早期宇宙中物质统治的时间延长。这在观测上是可行的，前提是模量衰减足够早，以避免损害核合成。如果原始黑洞形成了，那么它们应该在这个物质主导的时代之前或期间形成。我们研究的程度，标准的原始黑洞的约束被削弱，在这样的宇宙学。黑洞形成时的质量分数是$10^{-8}$，而不是通常的$10^{-20}$左右。如果黑洞是由具有幂律谱的密度扰动形成的，那么它的谱指数就被限定为$n \lesssim 1.3$，而不是标准宇宙学中得到的$n \lesssim 1.25$。
1997-05-21 astro-ph hep-ph
Non-linear gravitational clustering in scalar field cosmologies
本文研究了由暗能量主导的宇宙中的非线性引力成团现象，其中暗能量是由一个“精粹”标量场和具有时空变化质量的冷暗物质模拟的。这种类型的模型，其中的可变质量是由依赖于标量场，如弦论或额外的维度建议，已被提出作为一个可行的解决方案的符合问题。本文从广义相对论出发，对暗物质-暗能量系统进行了研究，给出了一个研究标量场宇宙学中结构形成的非线性阶段的一般框架。作为第一个应用程序，温和的非线性演化的暗物质微扰得到一个简单的扩展Zel'dovich近似。我们认为，如果标量场有效势在演化过程中发展出暂时的旋节不稳定性，那么暗能量涨落可能在宇宙结构的形成中起到积极的作用。
2003-08-07 astro-ph gr-qc hep-ph
Towards inflation and dark energy cosmologies from modified Gauss-Bonnet theory
我们考虑一个物理上可行的宇宙学模型，除了标准的标量场势外，它的有效作用中还具有场依赖的高斯-博内耦合。在四维有效作用量中这些项的存在引起了一些新的效应，如四维平坦的Friedmann-Robertson-Walker宇宙在早期经历了宇宙暴胀，以及在晚期经历了宇宙加速。该模型预测，在通货膨胀期间，密度扰动和引力波的频谱可能会落在实验范围内。此外，该模型提供了一种早期宇宙再加热的机制，类似于在标量场的运动方程中加入摩擦项的模型，可以模拟能量从标量场向物质的传递
2006-05-24 astro-ph gr-qc hep-th
Gauss-Bonnet cosmologies: crossing the phantom divide and the transition from matter dominance to dark energy
状态方程参数$w$小于-1的暗能量宇宙学经常被发现违反零能量条件并表现出不稳定的行为。这个问题的解决方案可能需要存在一个一致的有效理论，该理论只在瞬间违反零能量条件，并且不会发展出任何不稳定性或后期宇宙学的其他病理特征。一个模型，其中包括一个动态标量场$ϕ$耦合到二次黎曼不变量的高斯-邦纳形式是一个可行的建议。这样一个有效的理论被证明承认非奇异的宇宙演化的标量高斯Bonnet耦合范围很广。我们讨论的条件下，我们的模型产生观测支持的标量和张量的波动谱，在宇宙学扰动。该模型能合理解释宇宙从物质主导向暗能量过渡的过程以及宇宙晚期加速现象，为宇宙学修正引力的研究提供了一个有趣的实验平台。
2007-05-23 astro-ph gr-qc hep-ph
The Ups and Downs of Cyclic Universes
我们研究均匀和各向同性振荡宇宙学与多个流体成分。这些流体之间的能量转移是为了模拟封闭宇宙的非平衡行为的影响。我们找到了精确的解决方案，显示了一系列新的行为的扩展比例因子。文中还详细讨论了尘埃或标量场的能量转换为辐射的例子。我们表明，与预期相反，这是不可能的，这样的模型可以提供一个物理上可行的解决方案的平坦度问题。
2007-01-12 astro-ph gr-qc
Dark Energy, Induced Gravity and Broken Scale Invariance
研究了具有自相互作用标量场$σ$的诱导引力模型在物质和辐射存在下的宇宙演化。这样的模型导致爱因斯坦引力加上一个宇宙学常数作为均匀宇宙学之间的稳定吸引子，因此是一个可行的暗能量（DE）模型，适用于广泛的标量场初始条件和其正$γ$耦合到里奇曲率$γσ^{2}R$的值。
2007-12-14 astro-ph gr-qc hep-th
Dark matter from late decays and the small-scale structure problems
在准稳定大质量粒子的晚期衰变中产生暗物质已被提出作为一个可行的框架，以解决在冷暗物质宇宙学的数值N体模拟中发现的能量过剩问题。我们确定了一组方便的变量来说明在任何通用粒子物理模型中需要满足哪些要求，以解决小尺度问题并满足其他天体物理约束。由于这种模型独立的分析，我们指出，以完全自然的方式满足这些要求是固有的困难。特别是，我们重新审视引力子和卡鲁扎-克莱因引力子在这方面的作用，并发现他们不赞成作为一个解决方案的小尺度问题的情况下，他们是DM候选人产生的衰变热产生的WIMP。我们提出右手中微子和右手Kaluza-Klein中微子作为替代。我们发现，他们是可行的暗物质的候选人，但他们可以有助于解决小尺度问题的情况下，相关的狄拉克中微子质量项出现在中微子质量矩阵的次主导贡献。
2008-03-14 astro-ph hep-ph
Constraining pre Big-Bang-Nucleosynthesis Expansion using Cosmic Antiprotons
大量的暗能量模型和非标准宇宙学预测了早期宇宙中哈勃速率的增强：完全可行的模型，满足大爆炸核合成（BBN），宇宙微波背景和广义相对论测试，可能导致哈勃速率的增强达到许多数量级。在本文中，我们表明，强边界上的前BBN演化的宇宙可能会得出，假设暗物质是一个热遗迹，结合暗物质遗迹密度约束来自生产的宇宙射线反质子的银河系中的暗物质湮灭。我们得到的限制可以是相当大的，并适用于周围的暗物质去耦的温度的哈勃速率。对于质量小于100 GeV的暗物质，哈勃速率增强的范围从几倍到30倍不等，这取决于实际的宇宙学模型，而对于质量为500 GeV的暗物质，该范围落在50-500之间。讨论了边界推导中的不确定性和边界变松的情况。最后，我们讨论这些限制如何适用于一些具体的实现非标准宇宙学：标量张量引力模型，kination模型和兰德尔Sundrum D膜模型。
2006-05-26 astro-ph hep-ph
On the dark energy clustering properties
我们强调一个可行的机制，导致形成的暗能量结构的亚视界宇宙学尺度，从线性微扰标量张量宇宙学。我们表明，耦合的暗能量标量场，或Quintessence，里奇标量诱导“拖动”其密度扰动通过广义相对论引力势。我们讨论，特别是，如何这个过程的力量暗能量的行为作为一个无压组件，如果宇宙演化是由非相对论性物质为主。这个属性也被分析的有效声速的暗能量，这相应地接近占主导地位的宇宙学成分的行为，有效地消失后，物质辐射平等。为了说明这种效果，我们考虑扩展的Quintessence方案涉及场和Ricci标量之间的二次耦合。我们发现，精粹密度扰动达到非线性的尺度和红移相关的结构形成过程中，尊重所有现有的标量张量引力理论的限制。这项研究为暗能量宇宙学中结构形成的标准图像开辟了新的视角，因为Quintessence场本身，如果非最小耦合到引力，可能会经历聚类过程，最终形成从线性状态退出的密度扰动。一个非线性的方法，然后需要进一步调查这些结构的演变，特别是它们在周围的星系和星系团的黑暗晕的作用。
2002-04-08 astro-ph gr-qc hep-ph
