[論文レビュー] Isentropic and Isocurvature Axion Perturbations in Inflationary Cosmology

Stephen D. Burns|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

この論文はインフレーション宇宙論におけるaxionから生じる等エントロピーおよび等曲率摂動を調査し、等曲率モードが存在する場合、COBEデータがインフレーションHubbleスケールを $ H_I \lesssim 10^{12} $ GeV に制限することを示している。Saskatoonのマイクロ波背景放射データと $ \sigma_8 $ を用いて、等曲率摂動は除外されないことが判明し、$ \ell = 87 $ においてはアディアバティック成分の0.1倍未塔の振幅制限が得られ、$ \ell = 237 $ では $ 10^{-3} \text{--} 10^{-2} $ の範囲に制限される。

ABSTRACT

Isentropic and isocurvature axion inflationary perturbations are studied in detail. If isocurvature perturbations are present, COBE requires the inflationary Hubble constant to be rather small, $H_{I} \stackrel{

研究の動機と目的

• 宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の非一様性に及ぼすaxion誘発等曲率および等エントロピー摂動の影響を検討する。
• COBEおよびSaskatoon実験の観測データを用いて、等曲率摂動の振幅を制約する。
• CMBパワースペクトルと整合する混合axionおよび超対称的冷暗黒物質（CDM）モデルの妥当性を評価する。
• 等曲率モードを含めた場合のインフレーションHubbleスケール $ H_I $ に及ぼす影響を評価する。
• 混合アディアバティックおよび等曲率初期条件を想定したモデルにおけるaxion暗黒物質の妥当性を評価する。

提案手法

• axionと超対称的CDM成分を含むCDMモデルにおけるCMB非一様性の角スペクトルを計算する。
• インフレーション期における等エントロピー（アディアバティック）および等曲率axion揺らぎを線形摂動理論を用いてモデル化する。
• COBE-DMRデータが初期パワースペクトルの正規化に及ぼす制約を適用し、$ H_I $ を制限する。
• 理論的CMBパワースペクトルを $ \ell = 87 $ および $ \ell = 237 $ のSaskatoonデータと比較し、等曲率振幅を制約する。
• $ \sigma_8 $ 測定値を統合して、等曲率寄与の許容可能なパラメータ空間をさらに制限する。
• 伝達関数形式を用いて、ホライズン進入から再結合までの摂動の進化を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 等曲率axion摂動は、宇宙マイクロ波背景放射の角スペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 Saskatoon CMBデータと $ \sigma_8 $ を用いて、等曲率摂動の振幅にどの程度の上限を設定できるか？
• RQ3 等曲率モードが存在する場合、インフレーションHubbleスケール $ H_I $ はどの程度制限を受けるか？
• RQ4 混合axionおよび超対称的CDMモデルは、観測されたCMB非一様性データとどの程度整合するか？
• RQ5 現在のCMBおよび大規模構造の制約を踏まえた場合、等曲率axion摂動はまだ妥当性を保っているか？

主な発見

• 等曲率摂動が存在する場合、COBEデータはインフレーションHubbleスケールを $ H_I \lesssim 10^{12} $ GeV に制限する。これはインフレーションモデルに依存しない。
• $ \ell = 87 $ において、等曲率摂動振幅の二乗は、アディアバティック成分の0.1倍未塔でなければならない。これはSaskatoonデータと整合するための条件である。
• $ \ell = 237 $ において、等曲率振幅はアディアバティック振幅の $ \lesssim 10^{-3} \text{--} 10^{-2} $ の範囲に制限される。
• 支配的ではないが、等曲率摂動は現在のCMBおよび $ \sigma_8 $ データによって除外されない。
• CMB角スペクトルは、等曲率スペクトルの振幅だけでなく、axion密度パラメータ $ \Omega_a $ にも依存する。
• 観測と整合するためには、特に中間的な多重度において、axion等曲率モードからの非可視的寄与が許容可能である。