Динаміка розширення Всесвіту у моделях з немінімально зв’язаною темною енергією

Abstract

Розглянуто модель темної енергії з баротропним рівнянням стану, яка взаємодіє з темною матерією гравітаційно та іншою силою, що зумовлює обмін енергією-імпульсом між ними. Обидва компоненти описуються наближенням ідеальної рідини, параметрами якої є параметр густини, параметр рівняння стану та ефективна швидкість звуку. Розглянуто три види взаємодій між ними: взаємодію, незалежну від густин прихованих компонентів, взаємодію, пропорційну до густини енергії темної енергії і взаємодію, пропорційну до густини енергії темної матерії. На основі загаїьноковаріантних рівнянь збереження та рівнянь Айнштайна отримано рівняння, які описують динаміку розширення однорідного ізотропного Всесвіту та еволюцію густин обох компонентів для різних значень параметра взаємодії. Показано. що для цих трьох видів взаємодій є області значень параметрів темної енергії та сили взаємодії, для яких густини темної енергії, темної матерії та їхня сума можуть набувати від ємних значень. Знайдено умови додатності густин енергії темної енергії і темної матерії. З цих умов встановлено обмеження на значення параметра взаємодії. Проаналізовано динаміку /розширення Всесвіту з цими взаємодіями.

Рассмотрена модель темной энергии с баротропным уравнением состояния, которая взаимодействует с темной материей гравитационно и другой силой, что приводит к обмену энергией- импульсом между ними. Оба компонента описываются приближением идеальной жидкости, параметрами которой являются параметр плотности, параметр уравнения состояния и эффективная скорость звука. Рассмотрены три вида взаимодействий между ними: взаимодействие, независимое от плотностей скрытых компонентов, взаимодействие, пропорциональное плотности энергии темной энергии и взаимодействие, пропорциональное плотности энергии темной материи. На основании общековариантных уравнений сохранения и уравнений Эйнштейна получены уравнения, описывающие динамику расширения однородной изотропной Вселенной и эволюцию плотностей обоих компонентов для различных значений параметра взаимодействия. Показано, что для этих трех видов взаимодействий есть области значений параметров темной энергии и силы взаимодействия, для которых плотности темной энергии, темной материи и их сумма могут приобретать отрицательные значения. Получены условия положительности плотностей энергии темной энергии и темной материи. Из этих условий установлено ограничение на значение параметра взаимодействия. Проанализирована динамика расширения Вселенной с этими взаимодействиями.

The dark energy model with barotropic equation of state, which interacts with dark matter by gravitation and by other force, which causes the energy-momentum exchange between them is considered. Both components are described by approximation of ideal fluid, parameters of which are parameter of density, parameter of equation of state effective sound speed. The three types of interactions between them are considered: interaction independent from densities of dark components, interaction proportional to energy density of dark energy and interaction proportional to energy density of dark matter. Based on the general covariant conservation equations and Einstein’s equations the equations which describe the dynamics of expansion of the homogeneous isotropic Universe and evolution of densities of both components for different values of interaction parameter. For these three kinds of interactions was shown that exist regions in values of parameters of dark energy and force of interaction for which the densities of and their total density can take negative values. The conditions of positivity of energy density of dark energy and dark matter were found. From these conditions the constraints on value of parameter of interaction were derived. The dynamics of expansion of the Universe with these interactions was analyzed.