[論文レビュー] Isocurvature constraints on gravitational particle production at reheating

Tommi Markkanen, Sami Nurmi|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、再加熱期における曲率誘発粒子生成が過剰な等方的摂動を生じさせることを示し、観測データと矛盾するため、初期宇宙モデルにおける弱い結合の見守りスカラーに対してきびしい制約を導出する。2次インフレーションで標準模型と結合しない単一の見守りスカラーを想定した場合、プランクの等方的摂動制約は広範な見守りスカラー質量および非最小的結合の範囲を除外する。

ABSTRACT

We derive new constraints for weakly coupled spectator scalars in the early uni- verse. We show that curvature induced particle production of their quanta at reheating easily generates large isocurvature perturbations in conict with observations. This yields stringent bounds on spectator masses and their non-minimal curvature couplings. As an example, for quadratic ination and a single spectator scalar decoupled from the Standard Model, we nd that the Planck isocurvature bound excludes spectator masses in the range

研究の動機と目的

• 初期宇宙モデルにおける再加熱期の曲率誘発粒子生成が等方的摂動に与える影響を調査すること。
• インフレーションのシナリオにおける見守りスカラー質量および非最小的曲率結合の観測的制約を導出すること。
• プランクデータからの制約を踏まえた場合、弱い結合の見守りスカラーが2次インフレーションのようなモデルでどれほど妥当性を保てるかを評価すること。

提案手法

• 重力への非最小的結合を介して重力と結合する単一の見守りスカラー場を用いて初期宇宙をモデル化すること。
• 再加熱期における時間的に変化する曲率に起因する見守り量子の粒子生成率を計算すること。
• インフレーション宇宙論の文脈で線形摂動論を用いて、その結果生じる等方的摂動を評価すること。
• 予測された等方的摂動スペクトルをプランク衛星からの観測限界と比較すること。
• プランクの95％信頼水準における等方的モードの制約を適用し、見守り場のパラメータを制約すること。
• 観測された等方的摂動制約と整合性があることを前提に、見守りスカラー質量および非最小的結合の除外限界を導出すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再加熱期における見守りスカラーの重力的粒子生成によって生じる等方的摂動の大きさはどの程度か？
• RQ2 非最小的曲率結合は、見守り場モデルにおける等方的モードの強度にどのように影響するか？
• RQ3 2次インフレーションモデルにおける見守りスカラーの質量および結合定数が、プランク観測によってどの程度制約を受けるか？
• RQ4 等方的摂動制約を適用した場合、弱い結合の見守りスカラーがインフレーションシナリオで依然として妥当性を保てるか？
• RQ5 再加熱期における曲率誘発粒子生成を仮定した場合、見守りスカラー質量および結合の除外されるパラメータ空間はどの程度か？

主な発見

• 再加熱期における見守りスカラー量子の重力的粒子生成は、プランク衛星からの観測限界を上回る等方的摂動を生成する。
• プランクの等方的摂動制約は、見守りスカラーのパラメータ空間を強く制約し、広範な質量および非最小的曲率結合の範囲を除外する。
• 標準模型と結合しない単一の見守りスカラーを有する2次インフレーションでは、観測された等方的摂動限界がパラメータ空間の大部分を除外する。
• 特に、重力への非最小的結合が非ゼロの軽い見守りスカラーに対して制約がきびしくなる。
• これらの結果は、このようなモデルにおける見守りスカラーが観測と矛盾を避けるためには非常に重いか、非最小的結合が非常に小さい必要があることを示唆する。
• 本研究は、プランクデータからの等方的摂動制約が、初期宇宙における重力的粒子生成メカニズムを強力に探査できることを確立した。