[論文レビュー] Cosmic microwave background polarization in Noncommutative space-time

S. Batebi, M. Haghighat+2 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、非可換（NC）時空がスカラー計量摂動を通じてコマイケルマイクロ波背景（CMB）における円偏光およびBモード偏光を生成するCompton散乱をどのように修正するかを調査している。非可換補正が10 TeVまでのNCエネルギー スケールですら検出可能なVモードおよびBモードパワー スペクトルを生成できることを示しており、観測されたrパラメータが原始的重力波の寄与を超える可能性を示唆している。

ABSTRACT

In the standard model of cosmology (SMC) the B-mode polarization of the CMB can be explained by the gravitational effects in the inflation epoch. However, this is not the only way to explain the B-mode polarization for the CMB. It can be shown that the Compton scattering in presence of a background besides generating a circularly polarized microwave, can leads to a B-mode polarization for the CMB. Here we consider the non-commutative (NC) space time as a background to explore the CMB polarization at the last scattering surface. We obtain the B-mode spectrum of the CMB radiation by scalar perturbation of metric via a correction on the Compton scattering in NC-space-time in terms of the circular polarization power spectrum and the non-commutative energy scale. It can be shown that even for the NC-scale as large as $10TeV$ the NC-effects on the CMB polarization and the r-parameter is significant. We show that the V-mode power spectrum can be obtained in terms of linearly polarized power spectrum in the range Micro to Nano-Kelvin squared for the NC-scale about $1TeV$ to $10TeV$, respectively.

研究の動機と目的

• 非可換（NC）時空が、修正されたCompton散乱を通じてCMBに円偏光およびBモード偏光を生成できるかどうかを調査すること。
• BICEP2とPlanckの結果の不一致を鑑み、NC効果が観測されたBモード偏光の代替的要因として妥当であるかどうかを評価すること。
• 現在のCMB偏光データ、特にVモードおよびBモードパワー スペクトルと整合する非可換エネルギー スケールΛの範囲を推定すること。
• スカラー・モード寄与を考慮して、NC補正がテンソル対スカラー比rに与える影響を定量化すること。

提案手法

• CMB偏光を記述するためにストークスパラメータ（Q, U, V）の形式的取り扱いが用いられ、Vは円偏光を表す。
• 光子輸送のボルツマン方程式が、Compton散乱断面積におけるNC補正を含めるように修正された。
• 再結合期における密度非均一性をモデル化するために、計量のスカラー・モード摂動が導入された。
• NC時空下でのストークスパラメータの時間発展が計算され、非ゼロのVモードパワー スペクトルが得られた。
• Bモードパワー スペクトルは、NC補正パラメータκ̃を含む比例関係を介して円偏光パワー スペクトルから導出された。
• 線形偏光CMBパワー スペクトルとNCスケールΛの上限を用いて、VモードおよびBモードパワー スペクトルが推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非可換時空は、修正されたCompton散乱を通じてCMBに円偏光を生成できるか？
• RQ2 標準モデルとは対照的に、NC時空におけるスカラー・モード摂動がBモード偏光をどれほど生成できるか？
• RQ3 観測されたCMB偏光パワー スペクトルと整合する非可換エネルギー スケールΛの範囲は何か？
• RQ4 NC効果がテンソル対スカラー比rに与える影響はどの程度か、特にΛ ~ 1 TeVから10 TeVの範囲で。
• RQ5 観測されたBモード信号は、原始的重力波ではなく、NC誘発効果によって説明可能か？

主な発見

• NCスケールΛ ~ 10 TeVの場合、円偏光パワー スペクトルC_Vlは0.1 nK²から0.1 μK²の範囲に推定される。
• Λ ~ 1 TeVの場合、C_Vlは10⁻³ μK²から10³ μK²の間であり、現在および将来のCMB実験の感度範囲内にある。
• スカラー・モードNC効果に起因するBモードパワー スペクトルC_Bl^Sは、Λ ~ 10 TeVでは0.1 pK²から0.1 μK²の範囲に、Λ ~ 1 TeVでは10 nK²から10 mK²の範囲に制限される。
• これらのBモードレベルは、l < 250における観測されたC_Bl^ob ~ 0.01 μK²と同等であり、NC効果が測定されたrパラメータに顕著な寄与を果たす可能性を示唆している。
• NC補正パラメータκ̃²は(10 TeV/Λ)²に比例するため、Λ ~ 10 TeVであってもCMB偏光に顕著なNC効果が残存することが示唆される。
• 本研究は、観測されたBモード信号が原始的重力波に起因するものではない可能性を示しており、NC効果がスカラー摂動を通じてテンソル・モード寄与を模倣するからである。