Published January 19, 2024 | Version v1
Publication Open

Global phase space analysis for a class of single scalar field bouncing solutions in general relativity

  • 1. Birla Institute of Technology and Science - Hyderabad Campus
  • 2. Birla Institute of Technology and Science, Pilani
  • 3. Naresuan University
  • 4. North Eastern Hill University

Description

Abstract We carry out a compact phase space analysis of a non-canonical scalar field theory whose Lagrangian is of the form $$F(X)-V(\phi )$$ F ( X ) - V ( ϕ ) within general relativity. In particular, we focus on a kinetic term of the form $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$m\ne 1/2$$ m ≠ 1 / 2 ) with power-law potential $$V_0 \phi ^n$$ V 0 ϕ n and exponential potential $$V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ V 0 e - λ ϕ / M Pl of the scalar field. The Cuscuton case $$m=1/2$$ m = 1 / 2 where the scalar field is non-dynamical is left out of consideration. The main aim of this work is to investigate the genericity of nonsingular bounce in these models and to investigate the cosmic future of the bouncing cosmologies when they are generic. A global dynamical system formulation that is particularly suitable for investigating nonsingular bouncing cosmologies is used to carry out the analysis. We show that when $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$\beta <0$$ β < 0 ), nonsingular bounce is generic for a power law potential $$V(\phi ) = V_0 \phi ^n$$ V ( ϕ ) = V 0 ϕ n only within the parameter range $$\left\{ \frac{1}{2}<m<1,\,n<\frac{2\,m}{m-1}\right\} $$ 1 2 < m < 1 , n < 2 m m - 1 and for an exponential potential $$V(\phi ) = V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ V ( ϕ ) = V 0 e - λ ϕ / M Pl only within the parameter range $$\left\{ \frac{1}{2}<m\le 1\right\} $$ 1 2 < m ≤ 1 . Except in these cases, nonsingular bounce in these models is not generic due to the non-existence of global past or future attractors. Our analysis serves to show the importance of a global phase space analysis to address important questions about nonsingular bouncing solutions, an idea that may and must be adopted for such solutions even in other theories.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص نجري تحليلًا لمساحة الطور المضغوط لنظرية المجال القياسي غير الكنسي التي يكون لاغرانجيان من النموذج $$F(X)- V (\phi )$$ F ( X ) - V (Ω) ضمن النسبية العامة. على وجه الخصوص، نركز على مصطلح حركي من النموذج $$F(X )=\beta X^m$$ F ( X )= β X m ($$ m\ne 1/2 $$ m ¢ 1 / 2 ) مع جهد قانون القوة $$V _0 \phi ^ n$$ V 0 Ω n والجهد الأسي $$V _0 e ^{-\lambda \phi /M _{ Pl }}$ V 0 e - λ Ω/ M Pl للحقل القياسي. تم استبعاد حالة Cuscuton $$m=1/2 $$ m = 1 / 2 حيث يكون الحقل القياسي غير ديناميكي. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو التحقيق في عمومية الارتداد غير المفرد في هذه النماذج والتحقيق في المستقبل الكوني لعلم الكونيات المرتدة عندما تكون عامة. يتم استخدام صيغة نظام ديناميكي عالمي مناسبة بشكل خاص للتحقيق في علم الكونيات المرتد غير المفرد لإجراء التحليل. نظهر أنه عندما يكون $$F(X) =\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ($$\ beta <0 $$ β < 0 )، يكون الارتداد غير المفرد عامًا لإمكانية قانون القوة $V (\ phi ) = V _0 \phi ^n$$ V ( Ω) = V 0 Ω n فقط ضمن نطاق المعلمة $$\ left \{\frac{1 }{ 2 }<m<1,\ n<\ frac{2\,m }{ m -1}\ right \}$ 1 2 < m < 1 , n < 2 m m - 1 ولإمكانية أسية $$V (\ phi ) = V _0 e^{-\ lambda \phi /M _{ Pl }}$ V ( Ω) = V 0 e - λ Ω/ M Pl فقط ضمن نطاق المعلمة $$$\ left \{\ frac{1 }{ 2 }< m\ right \\$ 2 }<m\ right \\$ 1 ≤ 1 m ≤ 1 . باستثناء هذه الحالات، فإن الارتداد غير المفرد في هذه النماذج ليس عامًا بسبب عدم وجود جاذبين عالميين في الماضي أو المستقبل. يعمل تحليلنا على إظهار أهمية تحليل فضاء الطور العالمي لمعالجة الأسئلة المهمة حول حلول الارتداد غير المفردة، وهي فكرة يمكن ويجب تبنيها لمثل هذه الحلول حتى في النظريات الأخرى.

Translated Description (French)

Résumé Nous effectuons une analyse spatiale de phase compacte d'une théorie du champ scalaire non canonique dont le Lagrangien est de la forme $$F(X)-V(\phi )$$ F ( X ) - V ( ϕ ) en relativité générale. En particulier, nous nous concentrons sur un terme cinétique de la forme $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$m\ne 1/2 $$ m ≠ 1 / 2 ) avec un potentiel de loi de puissance $$V_0 \phi ^n$$ V 0 ϕ n et un potentiel exponentiel $$V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ V 0 e - λ ϕ / M Pl du champ scalaire. Le cas de Cuscuton$$m=1/2 $$ m = 1 / 2 où le champ scalaire est non dynamique est laissé de côté. L'objectif principal de ce travail est d'étudier la généricité du rebond non singulier dans ces modèles et d'étudier l'avenir cosmique des cosmologies rebondissantes lorsqu'elles sont génériques. Une formulation de système dynamique global particulièrement adaptée à l'étude des cosmologies rebondissantes non singulières est utilisée pour effectuer l'analyse. Nous montrons que lorsque $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$\beta <0 $$ β < 0 ), le rebond non singulier est générique pour un potentiel de loi de puissance $V(\phi ) = V_0 \phi ^n$$ V ( ϕ ) = V 0 ϕ n uniquement dans la plage de paramètres $$\left\ { \frac {1}{2}<m<1,\,n<\ frac{2\,m}{m-1}\right\} $ 1 2 < m < 1 , n < 2 m m - 1 et pour un potentiel exponentiel $$V(\phi ) = V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ V ( ϕ ) = V 0 e - λ ϕ / M Pl uniquement dans la plage de paramètres $$\left\ { \frac{1}{2}<m\le 1\right\} $ 1 2 < m ≤ 1 . Sauf dans ces cas, le rebond non singulier dans ces modèles n'est pas générique en raison de l'inexistence d'attracteurs mondiaux passés ou futurs. Notre analyse sert à montrer l'importance d'une analyse globale de l'espace des phases pour répondre à des questions importantes sur les solutions de rebond non singulières, une idée qui peut et doit être adoptée pour de telles solutions même dans d'autres théories.

Translated Description (Spanish)

Resumen Llevamos a cabo un análisis de espacio de fase compacto de una teoría de campos escalar no canónica cuyo lagrangiano es de la forma $$F(X)-V(\phi )$$ F ( X ) - V ( ϕ ) dentro de la relatividad general. En particular, nos centramos en un término cinético de la forma $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$m\ne 1/2 $$ m ≠ 1 / 2 ) con potencial de ley de potencia $$V_0 \phi ^n$$ V 0 ϕ n y potencial exponencial $$V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ $ V 0 e - λ ϕ / M Pl del campo escalar. El caso Cuscuton $$m=1/2 $$ m = 1 / 2 donde el campo escalar no es dinámico se deja fuera de consideración. El objetivo principal de este trabajo es investigar la genericidad del rebote no singular en estos modelos e investigar el futuro cósmico de las cosmologías de rebote cuando son genéricas. Para llevar a cabo el análisis se utiliza una formulación de sistema dinámico global que es particularmente adecuada para investigar cosmologías de rebote no singular. Mostramos que cuando $$F(X)=\beta X^m$$ F ( X ) = β X m ( $$\beta <0 $$ β < 0 ), el rebote no singular es genérico para un potencial de ley de potencia $$V(\phi ) = V_0 \phi ^n$$ $ V ( ϕ ) = V 0 ϕ n solo dentro del rango de parámetros $$\left\ { \frac {1}{2}<m<1,\,n<\ frac{2\,m}{m-1}\right\} $$ 1 2 < m < 1 , n < 2 m m - 1 y para un potencial exponencial $$V(\phi ) = V_0 e^{-\lambda \phi /M_{Pl}}$$ V ( ϕ ) = V 0 e - λ ϕ / M Pl solo dentro del rango de parámetros $$\left\ { \frac{1}{2}<m\le 1\right\} $ 1 2 < m ≤ 1 . Excepto en estos casos, el rebote no singular en estos modelos no es genérico debido a la inexistencia de atractores pasados o futuros globales. Nuestro análisis sirve para mostrar la importancia de un análisis global del espacio de fases para abordar cuestiones importantes sobre las soluciones de rebote no singulares, una idea que puede y debe adoptarse para tales soluciones incluso en otras teorías.

Files

s10052-023-12377-y.pdf.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0def661f42d1d22a03f3d83fa46124db
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحليل فضاء الطور العالمي لفئة من حلول ارتداد المجال القياسي الفردي في النسبية العامة
Translated title (French)
Analyse spatiale de phase globale pour une classe de solutions de rebond de champ scalaire unique en relativité générale
Translated title (Spanish)
Análisis espacial de fase global para una clase de soluciones de rebote de campo escalar único en relatividad general

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391034723
DOI
10.1140/epjc/s10052-023-12377-y

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1511245743
  • https://openalex.org/W1694599977
  • https://openalex.org/W1963533714
  • https://openalex.org/W1966541985
  • https://openalex.org/W1981791393
  • https://openalex.org/W1985076470
  • https://openalex.org/W1990793615
  • https://openalex.org/W2027907977
  • https://openalex.org/W2063228951
  • https://openalex.org/W2086217832
  • https://openalex.org/W2098001159
  • https://openalex.org/W2117142729
  • https://openalex.org/W2151978484
  • https://openalex.org/W2168527615
  • https://openalex.org/W2569567297
  • https://openalex.org/W2606527061
  • https://openalex.org/W2795895751
  • https://openalex.org/W2952962050
  • https://openalex.org/W3006961838
  • https://openalex.org/W3037249162
  • https://openalex.org/W3037834805
  • https://openalex.org/W3098436138
  • https://openalex.org/W3099073943
  • https://openalex.org/W3101462954
  • https://openalex.org/W3103357461
  • https://openalex.org/W3103421916
  • https://openalex.org/W3103566784
  • https://openalex.org/W3103597992
  • https://openalex.org/W3105835651
  • https://openalex.org/W4205563788
  • https://openalex.org/W4292994524