The effect of dynamical speed of light theories in Palatini formalism on the cosmic evolution

Abstract

Der wesentliche Teil des Energiebudgets unseres Universums besteht aus einer noch unbekannten Energieform, welche als Dunkle Energie oder kosmologische Konstante bezeichnet wird. Ihre Existenz hat zahlreiche Modifikationsansätze für die bestehenden Modelle der Gravitation motiviert. In einigen Theorien wird die zeitliche Konstanz der fundamentalen Naturkonstanten in Zweifel gezogen. In dieser Arbeit untersuche ich die Dynamik verschiedener Facetten der Lichtgeschwindigkeit im Rahmen der Palatini-Gravitationstheorie, welche die Raumzeit-Metrik sowie die affine Verbindung zwischen Raumzeitpunkten als voneinander unabhängige Größen betrachtet. Es wurde bereits gezeigt, dass in solche Theorien in einem lokalen Bezugssystem mit einer verschwindenden affinen Verbindung die sonst vorliegende Entartung zwischen den verschiedenen Manifestationen der Lichtgeschwindigkeit aufgelöst wird. Basierend auf dieser Auflösung der Entartung prüfe ich in einem f(RμνRμν)-Modell, inwiefern verschiedene Beobachtungen und Beobachtungsvorhersagen mit dieser Annahme übereinstimmen. Speziell untersuche ich die Auswirkungen eines f (Rμν Rμν )-Modells auf den Hubble- Parameter. In einem solchen Ansatz kann die Dynamik der Kausalitätsstrukturkonstante cST und ihre Auswirkungen auf das Entfernungsmodul von Typ Ia Supernovae sowie ihren Rotverschiebungsdrift gänzlich ohne die Annahme einer kosmologische Konstante (oder ohne Dunkle Energie) studiert werden. Beobachtungen von Absorptionslinien in Quasaren und der zeitlichen Variabilität der Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen (cEM) durch LIGO- Virgo zeigen, dass die vorliegenden Daten eine Entartung zwischen cEM und cST favorisieren. Abschließend leite ich für den gesamten untersuchten Parameterraum der Rotverschiebung her, dass für Gravitationswellen, die in einem f (Rμν Rμν )-Modell eine konstante Geschwindigkeit haben, der Zusammenhang cGW ≤ cEM < cST gilt.

Motivated by the presence of the cosmological constant or Dark Energy as a huge part of the energy content of the universe, a lot of modified gravity models have been proposed. On the other hand, the constancy or dynamics of fundamental constants is of doubt in some theories. Here, I study the dynamics of different facets of the speed of light in Palatini theories of gravity, where metric and connection are regarded to be independent from each other. It has been shown before that in such theories, in a local frame with a vanishing affine connection, the usual degeneracy between different manifestations of the speed of light is broken. I use this broken degeneracy in a f (Rμν Rμν ) model to check if different observations and constraints are in agreement with this claim. In particular, I study the effect of a f (Rμν Rμν ) model on the Hubble parameter. Then using this modified Hubble parameter, I use the impact of the dynamics of the causal structure constant (cST) on the distance modulus of Supernovae Ia and the predictions of the redshift drift without assuming cosmological constant (or Dark Energy) in the energy content of the universe. On the other hand, using the constraints given by quasar absorption lines and also the recent LIGO-Virgo observation on the dynamics of the speed of electromagnetic waves (cEM), I show that in this model a degeneracy between cEM and cST is also favored by data. At the end, using the fact that the speed of gravitational waves is constant in such model, I show cGW ≤ cEM < cST in each redshift, within the redshift range I studied.