[論文レビュー] Evidences for bouncing evolution before inflation in cosmological surveys

Jie Liu, Yi-Fu Cai+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2010

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、インフレーションに先行する非特異的バンスに起因するジャンプ特徴を有する原始的パワースペクトルの現象論的パラメータ化を提案し、CMB、LSS、SNIaの宇宙論的データを用いて、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）を用いたグローバルフィッティングによりバンスパラメータを制約する。主な結果として、バンススケールおよび持続時間に対する強い上界が得られ、現在の観測と整合する高速で高エネルギーのバンス状況が示唆される。

ABSTRACT

Inflationary cosmology with a preceding nonsingular bounce can lead to changes on the primordial density fluctuations. One significant prediction is that the amplitude of the power spectrum may undergo a jump at a critical scale. In this Letter we propose a phenomenological parametrization of the primordial power spectrum in this scenario and confront the jump feature with latest cosmological data. Performing a global fitting, we utilize this possibility to derive a novel method for constraining bounce parameters via cosmological measurements. Combining the CMB, LSS and SNIa data, our result interestingly reveals that a nonsingular bounce, if exists, should be a fast bounce which happens at a very high energy scale, as we get an upper limit on the bounce parameters.

研究の動機と目的

• インフレーションに先行する非特異的バンスの観測的シグナルを、宇宙論的データにおいて調査すること。
• バンスに起因する振幅変化に起因するジャンプ特徴を含む、原始的パワースペクトルの現象論的パラメータ化を開発すること。
• CMB、大規模構造、およびIa型超新星データのグローバルフィッティングを用いて、バンスパラメータ（スケールおよび持続時間）を制約すること。
• バンスインフレーションモデルが、標準のΛCDMモデルよりも現在の宇宙論的データに適合するかどうかを評価すること。

提案手法

• 臨界波数k_Bにおけるジャンプを特徴とする、原始的パワースペクトルの現象論的パラメータ化を導入し、振幅Tおよび波数k_Bで記述される。
• 物質支配的収縮段階に続く非特異的バンスとその後のインフレーションを仮定し、バンス前後で異なる摂動振幅が生じることを想定する。
• CMB、LSS、SNIaデータの組み合わせに対するグローバルフィッティングを実行するために、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）手法を用いる。
• 尤度は、WMAP、SDSS LRG、SNLSユニオンデータを用いて計算され、余剰パラメータの平均化とHST H₀の事前分布を含む。
• 適合度の定量的評価にχ²統計を用い、バンスモデルとΛCDMモデルを比較し、バンスパラメータの制約を導出する。
• 1σおよび2σ信頼水準におけるHおよびΔt_B（インフレーションのハッブルスケールおよびバンス持続時間）の等高線図を生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測データは、インフレーションに先行する非特異的バンスの存在および性質を制約できるか？
• RQ2 原始的パワースペクトルにジャンプ特徴が存在する場合、現在の宇宙論的データで検出可能なシグナルを提供するか？
• RQ3 バンスパラメータ（k_B、T）は、CMB、LSS、SNIa観測への適合度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 バンスインフレーションモデルは、標準のΛCDMモデルよりもデータに適合するか？
• RQ5 現在の観測と整合するバンススケールおよび持続時間の上界は何か？

主な発見

• 現在のデータから、原始的パワースペクトル振幅の上界P_m < 7.03 × 10⁻¹¹が得られた。
• バンススケールは2σ信頼水準でk_B < 2.44 × 10⁻⁴に制約された。
• バンス持続時間パラメータTは2σ信頼水準で2.63 × 10² < T < 7.98 × 10⁵に制約された。
• バンスインフレーションモデルは、ΛCDMモデルに対してΔχ² = -1.4のより良い適合度を示し、わずかに優れた適合を示した。
• バンスに起因する振幅ジャンプのため、モデルはΛCDMよりも赤傾き（n_s < 1）が強く、原始的パワーが増大すると予測される。
• 等高線図から、HおよびΔt_Bの最良適合点はゼロでないことが示され、非常に高エネルギースケールでの高速バンスが示唆された。