D. Benisty, G. J. Olmo and D. Rubiera-Garcia

Singularity-free and cosmologically viable Born-Infeld gravity with scalar matter

arXiv:2103.15437 [gr-qc].

¿De qué se trata? En este trabajo estudiamos el comportamiento de la expansión del universo cuando la dinámica gravitatoria viene descrita por la teoría de gravedad de Born-Infeld (modelo EiBI) y el universo está dominado por la energía de un campo escalar. Este problema se había estudiado anteriormente en el caso de un campo escalar sin masa, por lo que aquí consideramos el caso con masa. En nuestro estudio también comparamos las predicciones del modelo con datos observacionales de supernovas, cefeidas, CMB,..., lo que nos permite establecer cotas sobre los parámetros de la teoría.

¿Por qué es importante? En el caso de un campo sin masa, las soluciones posibles se dividen en dos familias con propiedades distintas: una en la que el universo pasa de una fase de contracción inicial a otra de expansión (actual) pasando por un período de alta densidad en el que se produce un rebote, y otra en la que el universo estaba en una fase inicial cuasi-estática de alta densidad que en un cierto instante comienza a expandirse. Ambas familias de soluciones evitan la singularidad del big bang. Sin embargo, no sabíamos si esas buenas propiedades se mantenían o no al añadirle masa al campo escalar. Lo que encontramos es que en el caso masivo la rama de soluciones cuasi-estáticas desaparece, dando lugar siempre a soluciones con rebote. No obstante, observamos que hay casos con rebotes rápidos (primer tipo del caso sin masa) y otros en los que la fase de volumen mínimo y máxima densidad se mantiene estable durante una largo período antes de volver a expandirse. Estos resultados indican que todas las soluciones cosmológicas de este modelo continúan evitando la singularidad del big bang.

Por otra parte, al comparar la fase de expansión final con datos observacionales actuales, encontramos buen acuerdo entre datos y teoría cuando el parámetro que caracteriza al modelo de Born-Infeld es suficientemente pequeño. Esto nos permite establecer cotas realistas sobre ese parámetro, y resulta que su valor es inferior a otros previamente determinados mediante otro tipo de experimentos y también más preciso.