标准 ΛCDM 模型的各向异性有质量 Brans-Dicke 引力扩展

我们对标准 ΛCDM 模型的各向异性有质量 Brans-Dicke (BD) 引力扩展进行了详尽的理论与观测研究，该扩展由两个额外的自由度刻画：BD 参数 ω，以及对应于剪切标量的当前密度参数 Ω_{σ^2,0}。决定对广义相对论 (GR) 偏离程度的 BD 参数，单独刻画了有效暗能量 (DE) 的动力学以及剪切标量的红移依赖关系。这两者根据 ω 相互影响，即剪切标量对有效 DE 的动力学有贡献，而其各向异性应力——在 GR 内的 DE 标量场模型中不存在——控制着偏离 GR 中通常 ∝(1+z)^6 形式的剪切标量动力学。我们主要将当前工作限制于非负的 ω 值，因为作为对 ΛCDM 的修正来研究该模型时，这在理论与观测上都是正确的符号。通过考虑当前宇宙学观测，我们发现 ω≳250、Ω_{σ^2,0}≲10^{-23}，且有效 DE 的各向异性对该值的贡献可忽略。我们得出结论：标准 ΛCDM 模型的最简单各向异性有质量 BD 引力扩展从当前一直到大爆炸核合成都未表现出显著偏离。我们还指出了该模型在负 ω 值情况下的有趣特征；例如，对 Ω_{σ^2,0} 的约束可大幅放宽，ω∼-1（与弦理论相关）的值预测了膨胀各向异性的截然不同动力学。