[論文レビュー] Consistency of cosmic strings with cosmic microwave background measurements

Jonathan Rocher, Mairi Sakellariadou|ArXiv.org|May 14, 2004

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、超対称的GUTスケールハイブリッドインフレーションから生じる宇宙ひもが、超電磁力結合κが≤3×10⁻⁵に精密に調整されるか、またはカーヴァトン機構が導入される限り、現在のCMB測定と整合することを示している。CMB非等方性データを用いて、インフレーションスケールM ≤ 2.2×10¹⁵ GeVを制約し、宇宙ひもの寄与が一定でないことを示しており、従来の仮定に反する。SUGRA補正下でもD-termインフレーションは妥当なモデルのままである。

ABSTRACT

In the context of SUSY GUTs, GUT scale cosmic strings formed at the end of hybrid inflation are compatible with currently available CMB measurements. The maximum allowed cosmic strings contribution to the CMB data constrains the free parameters (mass scales, couplings) of inflationary models. For F-term inflation either the superpotential coupling must be fine tuned or one has to invoke the curvaton mechanism. D-term inflation should be addressed in the framework of SUGRA. We find that the cosmic strings contribution is not constant, contrary to some previous results. Using CMB measurements we constrain the gauge and the superpotential couplings.

研究の動機と目的

• GUTスケールの宇宙ひもが現在のCMB測定と整合するかどうかを評価すること。
• CMB非等方性データを用いて、超対称的ハイブリッドインフレーションモデルの自由パラメータ（質量スケール、結合定数）を制約すること。
• CMB観測が宇宙ひもを除外するのか、あるいは初期宇宙の宇宙論にまだ役立つ可能性があるのかを評価すること。
• SUGRA補正がD-termインフレーションモデルにおける役割と、宇宙ひも寄与に与える影響を検討すること。

提案手法

• F-termおよびD-term超対称的ハイブリッドインフレーションモデルの有効ポテンシャルを用い、1ループ放射修正を含む。
• Sachs-Wolfe効果を適用して、インフレートンの揺らぎと宇宙ひもの両方によるCMB四重極非等方性寄与を計算する。
• CMBパワースペクトル方程式を数値的に解き、解析的手法によるインフレートン寄与と数値的に得られた宇宙ひも寄与を組み合わせる。
• WMAPデータを用いて全CMB非等方性を正規化し、κ、M、λの制約を導出する。
• D-termインフレーションポテンシャルにおけるSUGRA補正を、W-Lambert関数を介して組み込み、エーフォールディング数と有効ポテンシャルを修正する。
• CMB整合性を用いて、Fayet-Iliopoulos項ξの制約√ξ ≤ 2.3×10¹⁵ GeVを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GUTスケールで形成された宇宙ひもは、現在のCMB測定と整合可能か？
• RQ2 CMB非等方性データは、F-termインフレーションにおける超電磁力結合κとインフレーションスケールMにどのような制約を課すか？
• RQ3 SUGRA補正は、宇宙ひもを伴うD-termインフレーションモデルの妥当性にどのように影響するか？
• RQ4 従来の仮定とは異なり、宇宙ひも寄与が異なるパラメータ領域で一定であるとされるか？
• RQ5 カーヴァトン機構は、F-termインフレーションにおけるκの微調整要請を緩和できるか？

主な発見

• エネルギースケールM ≤ 2.2×10¹⁵ GeVの宇宙ひもは、WMAP CMBデータと整合し、CMB非等方性への寄与が最大9%まで許容される。
• 整合性のためには超電磁力結合κが≤3×10⁻⁵でなければならない。これは、F-termインフレーションでは微調整が必要であることを示唆し、カーヴァトン機構が導入されない限りそうなる。
• CMBにおける宇宙ひも寄与は一定ではなく、モデルパラメータに依存する。これは、従来の固定または支配的寄与という仮定に反する。
• D-termインフレーションでは、宇宙ひも寄与はモデル依存的であり、支配的ではない。これにより、このインフレーション機構の妥当性が保たれる。
• SUGRA補正により、超電磁力結合λには下限が課され、例えばg = 10⁻²のときλ ≥ 10⁻⁸となるが、上限は依然としてλ ≤ 3×10⁻⁵のままである。
• CMB整合性から導かれた√ξ ≤ 2.3×10¹⁵ GeVという制約は、D-termインフレーションモデルにおけるFayet-Iliopoulos項の統一的制約を提供する。