Thick shell regime in the chameleon two-body problem

Kraiselburd, Lucila; Landau, Susana J.; Salgado, Marcelo; Sudarsky, Daniel; Vucetich, H.

doi:10.1103/physrevd.99.083516

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“…It has been addressed in various ways in the literature. Analytic models suffer from the non-linearities of the chameleon equation; to overcome them, the Klein-Gordon equation is often approximated by neglecting some terms or by linearizing the chameleon potential [16,21,[25][26][27][28][29][30][31][32]. Numerical models [22,[33][34][35][36] suffer from the limited resources they have, leading to solving the equation in a bounded region, setting the boundary conditions at a finite distance or neglecting some short-scale variations of the field.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

General study of chameleon fifth force in gravity space experiments

et al. 2019

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This article investigates the profile of the scalar field of a scalar-tensor theory subject to the chameleon mechanism in the context of gravity space missions like the MICROSCOPE experiment. It analyses the experimental situations for models with an inverse power law potential that can in principle induce a fifth force inside the satellite, hence either be detected or constrained. As the mass of the scalar field depends on the local matter density, the screening of the scalar field depends crucially on both the parameters of the theory (potential and non-minimal coupling to matter) and on the geometry of the satellite. We calculate the profile of the scalar field in 1-, 2-and 3-dimensional satellite configurations without relying on the thick or thin shell approximations for the scalar field. In particular we consider the typical geometry with nested cylinders which is close to the MICROSCOPE design. In this case we evaluate the corresponding fifth force on a test body inside the satellite. This analysis clarifies previous claims on the detectability of the chameleon force by space-borne experiments.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

General study of chameleon fifth force in gravity space experiments

et al. 2019

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“…Cuando el parámetro de thin-shell es aproximadamente uno o mayor, el desarrollo dado por la Ec. 2.89 ya no es una buena aproximación para el potencial efectivo y el régimen que describe el comportamiento en este caso es el llamado régimen de thick-shell o capa gruesa (Khoury & Weltman, 2004;Kraiselburd et al, 2019Kraiselburd et al, , 2018.…”

Section: El Marco De Einstein El Modelo Camaleón Y Las Teorías F (R)unclassified

Modelos cosmológicos alternativos al Modelo Cosmológico Estándar: test locales y cosmológicos

Negrelli¹

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En esta tesis doctoral se analizaron varios aspectos de teorías alternativas a la Relatividad General (RG). El descubrimiento de la expansión acelerada del Universo a partir de las luminosidades de las supernovas tipo Ia en 1998 dio lugar a una modificación en el Modelo Cosmológico Estándar. La modificación más simple y que permite actualmente explicar todos los datos observacionales actuales consiste en incluir el término de la constante cosmológica propuesto por Einstein (técnicamente se denomina a tales cosmologías ΛCDM y constituye el Modelo Cosmológico Estándar actual que se basa en la Teoría de la Relatividad General). Sin embargo, el valor inferido observacionalmente para dicha constante no puede ser explicado utilizando las teorías físicas actuales. Por este motivo, se han propuesto teorías alternativas al Modelo Cosmológico Estándar que pueden dividirse en dos familias: i) campos escalares con acoplamiento mínimo a la gravedad y a la materia, y ii) teorías de gravitación alternativas a la Relatividad General. En el primer caso, la aceleración del Universo se puede explicar a partir de una componente adicional en el tensor de energía-momento que tiene la particularidad de tener presión negativa, a esa componente se la denomina energía oscura. En el segundo, una modificación a la teoría de gravedad de Einstein sería la responsable de la expansión acelerada del Universo. Esta tesis se enfocó en el estudio de dos familias de este último tipo de teorías: 1. Teorías f (R): en este tipo de teorías se reemplaza el escalar de Ricci R por una función del mismo. Existe tanta cantidad de teorías como funciones f (R) puedan proponerse, sin embargo, se ha demostrado que solo algunas satisfacen las cotas experimentales en el Sistema Solar recurriendo para ello a la versión escalar-tensorial de las mismas. Dicha transformación no está siempre bien definida. Por lo tanto, el cálculo de las predicciones para el parámetro post-newtoniano en el Sistema Solar sin recurrir a esa identificación era una asignatura pendiente a la hora de validar las teorías f (R). En esta tesis, se trabajó de forma analítica en el marco teórico original de la teoría (marco de Jordan) para resolver el problema de un cuerpo para el sistema Sol - corona solar - medio interestelar. Se obtuvo la predicción teórica para el parámetro post-newtoniano (PPN) γ cuyo valor se encuentra limitado experimentalmente por la sonda Cassini (que mide el efecto Shapiro) y los experimentos que ponen límites a partir de la deflexión de la luz causada por el Sol. Se han analizado cuatro familias de teorías f (R) y se encontró que en algunos casos (y para algunos parámetros de dichas teorías) la predicción teórica satisface los límites observacionales. 2. Teoría MOdified Gravity (MOG): esta teoría covariante fue propuesta por J. Moffat en el 2006 y es una modificación de la Relatividad General en la cual se introducen tres campos escalares adicionales y un campo vectorial. La particularidad de esta teoría radica en que no solo se la presenta como una explicación alternativa a la energía oscura sino que también busca reemplazar a la materia oscura. En esta tesis se ha estudiado la teoría en dos en dos escenarios muy diferentes (que implican escalas distintas): la curva de rotación de la Vía Láctea y la cosmología. En el primer caso se obtuvieron las predicciones teóricas para la curva de rotación de la Vía Láctea. Para ello, se realizó un cálculo numérico considerando diferentes y complejas morfologías bariónicas. Luego, estas predicciones fueron comparadas con dos conjuntos de observaciones de características diferentes utilizando el estimador estadístico χ 2. A partir de este análisis se concluye que la teoría, tal como se encuentra actualmente en la literatura, no puede describir la curva de rotación que se obtiene de las observaciones. Sin embargo, al considerar un rango más amplio para los parámetros de la teoría es posible encontrar una predicción estadísticamente consistente con las observaciones. En el segundo caso, se resolvieron numéricamente las ecuaciones de la métrica para un Universo isótropo y homogéneo, junto con las ecuaciones de movimiento de los campos, las cuales se encuentran acopladas. Se obtuvo la predicción teórica para la evolución de H(z) y se realizó un análisis estadístico utilizando datos recientes. Los datos utilizados provienen de las observaciones de supernovas tipo Ia de la última compilación que se encuentra en la literatura (Pantheon) y estimaciones de H(z) obtenidas con el método de los cronómetros cósmicos. Este método se basa en una técnica novedosa en la que se utiliza el cálculo de la edad diferencial de galaxias para obtener la variación del tiempo cósmico con el corrimiento al rojo. Para ambos conjuntos de datos se encontró que las predicciones de la teoría son consistentes con las observaciones al utilizar el valor dado por Moffat para el potencial de auto-interacción del campo escalar G.

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Solar System tests and chameleon effect in f(R) gravity

et al. 2020

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Using a novel and self-consistent approach that avoids the scalar-tensor identification in the Einstein frame, we reanalyze the viability of f (R) gravity within the context of solar-system tests. In order to do so, we depart from a simple but fully relativistic system of differential equations that describe a compact object in a static and spherically symmetric spacetime, and then make suitable linearizations that apply to non-relativistic objects such as the Sun. We then show clearly under which conditions the emerging chameleon-like mechanism can lead to a Post-Newtonian Parameter γ compatible with the observational bounds. To illustrate this method, we use several specific f (R) models proposed to explain the current acceleration of the Universe, and we show which of them are able to satisfy those bounds. PACS numbers: 04.50.Kd, 95.36.+x, 04.40.Dg I. INTRODUCTIONf (R) gravity remains one of the most popular and viable mechanisms to explain the current accelerated expansion of the Universe (see Refs [1-6] for a review) while predicting an equation of state for the "dark energy" that changes in cosmic time and that might accommodate to future observations better than a simple cosmological constant Λ [7-9]. This proposal consists of taking for the action functional a (non linear) function f (R) of the Ricci scalar R different from the General Relativity (GR) f GR (R) = R − 2Λ. Thus, unless otherwise stated, and in order to avoid confusion, hereafter f (R) refers to those non-linear models. This alternative, while very attractive for it does not require additional fields, opens, however, a Pandora box that risks spoiling many of the GR predictions that have been verified with high accuracy during the past hundred years (e.g. solar-system tests, binary pulsar phenomenology), including the recent detection of gravitational waves by the LIGO-VIRGO collaboration [10]. Several specific f (R) models have been put forward to explain the cosmic acceleration, but many of them have failed other tests, including more refined cosmological scrutinies (e.g. the analysis of cosmological perturbations and the CMB), solar system (weak gravity tests) and strong gravity tests (e.g. neutron stars). One of the drawbacks of this kind of modifications of gravity is that there is a priori no fundamental principle

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Thick shell regime in the chameleon two-body problem

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General study of chameleon fifth force in gravity space experiments

General study of chameleon fifth force in gravity space experiments

Modelos cosmológicos alternativos al Modelo Cosmológico Estándar: test locales y cosmológicos

Solar System tests and chameleon effect in f(R) gravity

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