[論文レビュー] CMB power asymmetry and suppression: Two sides of the same coin ?

Suvodip Mukherjee, Tarun Souradeep|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2015

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 25被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、初期のインフレーションスカラー場の非一様性が、異方性インフレーションパラメータを介してCMBのパワー抑制と大規模スケールの半球対称性を同時に説明できると提唱している。これらのパラメータはスカラーおよびテンソル摂動に異なる非対称性を引き起こし、2次効果としてスカラーモードでは低多重極でのパワー抑制、テンソルモードではパワー増幅をもたらす。これにより、将来のCMBミッションで検出可能な署名が予測される。

ABSTRACT

The recent measurements of temperature and polarization of Cosmic Microwave Background (CMB) have improved our understanding of the Universe and have showed a remarkable agree- ment with theCDM cosmological model. However, scale dependent features like power sup- pression in the angular power spectrum and hemispherical asymmetry in the temperature field of CMB at large angular scales, hinting at possible departure from theCDM model persist in the CMB data. In this paper we present a physical mechanism linked to possible initial in- homogeneities in the inflationary scalar field that could explain both the observed phenomena. Initial inhomogeneities lead to non-zero values of anisotropic inflationary parameters, which at leading order cause different amounts of hemispherical asymmetry in the scalar and tensor perturbations. The second order effect of anisotropic inflationary parameters naturally lead to a suppression (enhancement) of power at low multipole l for scalar (tensor) perturbations. This model also predicts several characteristic signatures in the temperature and polarization spectra that are accessible to future CMB missions.

研究の動機と目的

• CMB観測と標準的ΛCDMモデルとの間の継続的な矛盾、特に低lパワー抑制と半球非対称性に関して、それを解決すること。
• スカラーパワーの抑制と温度および偏光における観測された大規模スケール非対称性の両方を1つの物理的メカニズムで説明できるかを調査すること。
• インフレーションスカラー場の初期非一様性が異方性インフレーションパラメータの源となる役割を調査すること。
• これらのパラメータの2次効果がスカラーおよびテンソル摂動の角パワー スペクトルに与える影響を特定すること。
• 将来のCMB実験で検出可能な、温度および偏光スペクトルにおける特徴的な署名を同定すること。

提案手法

• インフレーションスカラー場の初期非一様性を、非ゼロの異方性インフレーションパラメータの源としてモデル化する。
• 線形および2次摂動論を用いて、スカラーおよびテンソル摂動に生じる非対称性を計算する。
• 異方性インフレーションパラメータの効果を含めた、温度および偏光非等方の角パワー スペクトルを導出する。
• スカラーモードでは低多重極（l）におけるパワーの波長依存性の抑制、テンソルモードではパワーの増幅を分析する。
• 温度および偏光スペクトルにおける期待される署名を計算し、特に低l特徴に焦点を当てる。
• 近い将来のCMBミッションに適した予測を用いて、これらの署名の検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インフレーションスカラー場の初期非一様性は、観測されたCMBパワー抑制と大規模スケールの半球非対称性の両方を生成できるか？
• RQ2 異方性インフレーションパラメータは、スカラーおよびテンソル摂動に異なる非対称性をどのように引き起こすか？
• RQ3 異方性パラメータの2次効果が、なぜ低多重極におけるスカラーパワーの抑制とテンソルパワーの増幅をもたらすのか？
• RQ4 このモデルは、将来のCMB観測において、温度および偏光パワー スペクトルにどのような特徴的な署名を予測するか？
• RQ5 この統一的メカニズムは、ΛCDMモデルに臨時的な修正を加えずに、CMBデータにおける複数の異常を一貫して説明できるか？

主な発見

• インフレーションスカラー場の初期非一様性は、異方性インフレーションパラメータを生成し、スカラーおよびテンソル摂動に異なる程度の半球非対称性を引き起こす。
• これらの異方性パラメータの2次効果は、観測データと整合的である低多重極（l）におけるスカラーパワーの抑制を自然に生じさせる。
• 同じメカニズムは、低多重極におけるテンソルパワーの増幅をもたらし、初期重力波の明確な署名を提供する。
• このモデルは、標準的ΛCDM予測とは異なる、温度および偏光パワー スペクトルに特徴的な波長依存性の特徴を予測する。
• これらの特徴は、近い将来のCMBミッションで測定可能であり、標準的インフレーションモデルの代替として検証可能である。
• このフレームワークは、CMBデータにおける2つの長年の異常——パワー抑制と非対称性——を、初期場の非一様性に起因する1つの物理的起源で統一的に説明する。