Published July 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
On the uniqueness of ΛCDM-like evolution for homogeneous and isotropic cosmology in General Relativity
- 1. North-West University
- 2. Naresuan University
- 3. Jiangsu University of Science and Technology
- 4. Birla Institute of Technology and Science - Hyderabad Campus
- 5. Birla Institute of Technology and Science, Pilani
Description
We address the question of the uniqueness of spatially flat ΛCDM-like evolution for FLRW cosmologies in General Relativity, i.e. whether any model other than the spatially flat ΛCDM can give rise to the same type of scale factor evolution. Firstly, we elaborate on what we exactly imply by a ΛCDM-like evolution or kinematic/cosmographic degeneracy with the ΛCDM model, using the lessons from the statefinder diagnostic. Then, we consider two models with interaction in the dark sector: coupled fluid-fluid model and coupled quintessence model. We enforce the kinematic degeneracy with the spatially flat ΛCDM model via the cosmographic condition j=1 (j being the jerk parameter), which in turn fixes the function of the interaction term that is a priori unspecified. We argue that in General Relativity this cosmographic condition is consistent only with spatial flatness. Employing a dynamical system approach, we show that the spatially flat coupled fluid-fluid interacting models kinematically degenerate with ΛCDM must necessarily be based on a phantom fluid, whereas the set of physically viable spatially flat coupled quintessence models with power law or exponential potential kinematically degenerate to ΛCDM is of measure zero. Our analysis establishes that coupled fluid-fluid models with non-phantom fluids or coupled quintessence models with power law and exponential potential can never reproduce a cosmological evolution similar to that of the ΛCDM. The astrophysical consequences of our findings are qualitatively discussed in light of observational cosmological tensions.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نتناول مسألة تفرد التطور الشبيه بالـ CDM المسطح مكانيًا لعلم الكونيات FLRW في النسبية العامة، أي ما إذا كان أي نموذج آخر غير CDM المسطح مكانيًا يمكن أن يؤدي إلى نفس النوع من تطور عامل المقياس. أولاً، نوضح ما نعنيه بالضبط من خلال التطور الشبيه بـ CDM أو الانحطاط الحركي/الكوني باستخدام نموذج CDM، باستخدام الدروس المستفادة من تشخيص مكتشف الحالة. بعد ذلك، نأخذ في الاعتبار نموذجين للتفاعل في القطاع المظلم: نموذج السائل- السائل المقترن ونموذج الجوهر المقترن. نقوم بفرض الانحطاط الحركي باستخدام نموذج CDM المسطح مكانيًا عبر الحالة الكونية j=1 (j هي معلمة النفضة)، والتي بدورها تحدد وظيفة مصطلح التفاعل الذي هو بداهة غير محدد. ونجادل بأن هذه الحالة الكونية في النسبية العامة لا تتفق إلا مع التسطيح المكاني. باستخدام نهج نظام ديناميكي، نظهر أن النماذج المتفاعلة بين السوائل والسوائل المقترنة مكانيًا تتدهور بشكل حركي مع աCDM يجب أن تستند بالضرورة إلى سائل وهمي، في حين أن مجموعة نماذج الجوهر المقترنة مكانيًا القابلة للتطبيق ماديًا مع قانون القوة أو الاحتمالية الأسية تتدهور بشكل حركي إلى աCDM هي ذات مقياس صفر. يثبت تحليلنا أن نماذج السوائل المقترنة بالسوائل غير الفانتومية أو نماذج الجوهر المقترنة بقانون القوة والإمكانات الأسية لا يمكنها أبدًا إعادة إنتاج تطور كوني مشابه لتطور CDM. تتم مناقشة النتائج الفيزيائية الفلكية لنتائجنا نوعيًا في ضوء التوترات الكونية الرصدية.Translated Description (French)
Nous abordons la question de l'unicité de l'évolution spatialement plate de type ΛCDM pour les cosmologies FLRW en relativité générale, c'est-à-dire si un modèle autre que le ΛCDM spatialement plat peut donner lieu au même type d'évolution de facteur d'échelle. Tout d'abord, nous développons ce que nous impliquons exactement par une évolution de type ΛCDM ou une dégénérescence cinématique/cosmographique avec le modèle ΛCDM, en utilisant les leçons du diagnostic Statefinder. Ensuite, nous considérons deux modèles avec interaction dans le secteur sombre : le modèle fluide-fluide couplé et le modèle de quintessence couplé. Nous appliquons la dégénérescence cinématique avec le modèle ΛCDM spatialement plat via la condition cosmographique j=1 (j étant le paramètre de jerk), qui à son tour fixe la fonction du terme d'interaction qui est a priori non spécifié. Nous soutenons que dans la relativité générale, cette condition cosmographique n'est compatible qu'avec la planéité spatiale. En utilisant une approche de système dynamique, nous montrons que les modèles d'interaction fluide-fluide couplés spatialement plats dégénèrent cinématiquement avec ΛCDM doivent nécessairement être basés sur un fluide fantôme, alors que l'ensemble des modèles de quintessence couplés spatialement plats physiquement viables avec une loi de puissance ou un potentiel exponentiel dégénéré cinématiquement en ΛCDM est de mesure zéro. Notre analyse établit que les modèles fluide-fluide couplés avec des fluides non-phantom ou les modèles de quintessence couplés avec loi de puissance et potentiel exponentiel ne peuvent jamais reproduire une évolution cosmologique similaire à celle du ΛCDM. Les conséquences astrophysiques de nos découvertes sont discutées qualitativement à la lumière des tensions cosmologiques observationnelles.Translated Description (Spanish)
Abordamos la cuestión de la singularidad de la evolución similar a ΛCDM espacialmente plana para las cosmologías FLRW en la Relatividad General, es decir, si cualquier modelo que no sea el ΛCDM espacialmente plano puede dar lugar al mismo tipo de evolución del factor de escala. En primer lugar, elaboramos lo que implicamos exactamente por una evolución similar a ΛCDM o degeneración cinemática/cosmográfica con el modelo ΛCDM, utilizando las lecciones del diagnóstico de statefinder. A continuación, consideramos dos modelos con interacción en el sector oscuro: el modelo fluido-fluido acoplado y el modelo de quintaesencia acoplado. Aplicamos la degeneración cinemática con el modelo ΛCDM espacialmente plano a través de la condición cosmográfica j=1 (j es el parámetro jerk), que a su vez fija la función del término de interacción que a priori no se especifica. Argumentamos que en la Relatividad General esta condición cosmográfica es consistente solo con la planitud espacial. Empleando un enfoque de sistema dinámico, mostramos que los modelos de interacción fluido-fluido acoplados espacialmente planos degenerados cinemáticamente con ΛCDM deben basarse necesariamente en un fluido fantasma, mientras que el conjunto de modelos de quintaesencia acoplados espacialmente planos físicamente viables con ley de potencia o potencial exponencial degenerado cinemáticamente a ΛCDM es de medida cero. Nuestro análisis establece que los modelos fluido-fluido acoplados con fluidos no fantasmas o los modelos de quintaesencia acoplados con ley de potencias y potencial exponencial nunca pueden reproducir una evolución cosmológica similar a la del ΛCDM. Las consecuencias astrofísicas de nuestros hallazgos se discuten cualitativamente a la luz de las tensiones cosmológicas observadas.Files
2208.04596.pdf
Files
(861.2 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c2b08b2ee7ef3f25a98b5ae8c80e1297
|
861.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حول تفرد التطور الشبيه بـ CDM لعلم الكونيات المتجانس والمتساوي الخواص في النسبية العامة
- Translated title (French)
- Sur le caractère unique de l'évolution de type ΛCDM pour une cosmologie homogène et isotrope en relativité générale
- Translated title (Spanish)
- Sobre la singularidad de la evolución similar a ΛCDM para la cosmología homogénea e isotrópica en la Relatividad General
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4377043848
- DOI
- 10.1016/j.physletb.2023.137962
References
- https://openalex.org/W1993342470
- https://openalex.org/W1999761260
- https://openalex.org/W2002221447
- https://openalex.org/W2003686608
- https://openalex.org/W2007134887
- https://openalex.org/W2032284587
- https://openalex.org/W2044600872
- https://openalex.org/W2044882263
- https://openalex.org/W2049192256
- https://openalex.org/W2051737331
- https://openalex.org/W2067579792
- https://openalex.org/W2091811505
- https://openalex.org/W2092554079
- https://openalex.org/W2108313227
- https://openalex.org/W2113073233
- https://openalex.org/W2115174776
- https://openalex.org/W2123455696
- https://openalex.org/W2124601931
- https://openalex.org/W2128759530
- https://openalex.org/W2138205333
- https://openalex.org/W2140950522
- https://openalex.org/W2156029646
- https://openalex.org/W2286026088
- https://openalex.org/W2537025745
- https://openalex.org/W2610589876
- https://openalex.org/W2734629623
- https://openalex.org/W2896625451
- https://openalex.org/W2922150821
- https://openalex.org/W2987550642
- https://openalex.org/W3021931434
- https://openalex.org/W3049640500
- https://openalex.org/W3080160052
- https://openalex.org/W3098779288
- https://openalex.org/W3101462954
- https://openalex.org/W3102047732
- https://openalex.org/W3102084829
- https://openalex.org/W3103228522
- https://openalex.org/W3105451183
- https://openalex.org/W3105579043
- https://openalex.org/W3106154993
- https://openalex.org/W3106328452
- https://openalex.org/W3108121352
- https://openalex.org/W3122607888
- https://openalex.org/W3126942446
- https://openalex.org/W3135686652
- https://openalex.org/W3138760190
- https://openalex.org/W3139276919
- https://openalex.org/W3148028169
- https://openalex.org/W3165604374
- https://openalex.org/W4205235152
- https://openalex.org/W4225610241
- https://openalex.org/W4288079944
- https://openalex.org/W4292230281