[論文レビュー] Limits on SUSY GUTs and Defects Formation in Hybrid Inflationary Models with Three-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations

Aurélien A. Fraisse|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、3年間のWMAP CMBデータを用いて、宇宙ひもおよびテクスチャを伴うハイブリッドインフレーションモデルをテストし、それらの間に統計的に有意な差は認められなかった。宇宙ひもの張力に対するきびしい上限が得られ、95%信頼水準で Gμ ≤ 2.1 × 10⁻⁷ であり、SUSY GUTにおけるDおよびF項結合定数および質量スケール、欠陥形成のシナリオが制約された。

ABSTRACT

We confront the predicted effects of hybrid inflationary models on the Cosmic Microwave Background (CMB) with three years of Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations. Using model selection, we compare the ability of a simple flat power-law LCDM model to describe the data to hybrid inflationary models involving global or local cosmic strings, or global textures. We find that it is statistically impossible to distinguish between these models: they all give a similar description of the data, the maximum ratio of the various evidences involved being never higher than e^{0.1 \\pm 0.5}. We then derive the maximum contribution that topological defects can make to the CMB, and place an upper bound on the possible value of cosmic strings tension of G\\mu \\leq 2.1 \ imes 10^{-7} (68% CL). Finally, we give the corresponding constraints on the strings and D-strings masses, as well as limits on the D- and F-term coupling constants (\\kappa and \\lambda) and mass scales (M and \\sqrt{\\xi}).

研究の動機と目的

• 3年間のWMAP CMB観測と比較して、トポロジカルな欠陥—特にグローバルまたはローカルな宇宙ひもおよびグローバル・テクスチャを伴うハイブリッドインフレーションモデルの整合性を評価すること。
• これらの欠陥ベースのモデルが、標準的な平坦なパワー則LCDMモデルと統計的に区別可能かどうかを特定すること。
• トポロジカルな欠陥がCMB非等方性パワー スペクトルに寄与できる最大割合を導出すること。
• 宇宙ひもの張力Gμ、DひもおよびF項結合定数、およびSUSY GUTにおける関連する質量スケールに対する上限を設定すること。
• 観測されたCMBデータを用いて、ハイブリッドインフレーションシナリオにおける欠陥形成のパラメータ空間を制約すること。

提案手法

• ベイジアンモデル選択を用いて、平坦なパワー則LCDMモデルとグローバルまたはローカルな宇宙ひもおよびグローバル・テクスチャを含むモデルとの間の証拠を比較する。
• 3年間のWMAP CMB温度非等方性データを用いて、各モデルの尤度を計算し、特に大スケールパワー スペクトルに注目する。
• 統計的区別可能性を評価するため、証拠の比を用いる。最大比が e^{0.1 ± 0.5} であることは、すべてのモデルが同程度の適合度を持つことを示唆する。
• 欠陥がCMBパワー スペクトルに寄与できる最大割合を分析することにより、宇宙ひもの張力Gμの上限を導出する。
• Gμの上限を、DひもおよびF項結合定数（κおよびλ）、およびSUSY GUTにおける質量スケールMおよび√ξに翻訳する。
• ハイブリッドインフレーションにおける欠陥形成の理論的予測を用いて、宇宙論的観測量と高エネルギー物理学のパラメータを結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3年間のWMAPデータを用いて、宇宙ひもまたはテクスチャを含むハイブリッドインフレーションモデルは、標準的なLCDMモデルと統計的に区別可能か？
• RQ2 トポロジカルな欠陥がCMB非等方性パワー スペクトルに寄与できる最大割合は何か？
• RQ3 WMAP観測に基づいて、宇宙ひもの張力Gμにどの程度の上限を設定できるか？
• RQ4 観測されたCMB制約は、SUSY GUTにおけるDおよびF項結合定数および質量スケールにどの程度の制限をもたらすか？
• RQ5 これらの制約は、ハイブリッドインフレーションシナリオにおける欠陥形成にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 3年間のWMAPデータは、平坦なパワー則LCDMモデルと、グローバルまたはローカルな宇宙ひも、またはグローバル・テクスチャを含むハイブリッドインフレーションモデルとの間に、統計的に有意な差がないことを示している。
• 任意の2つのモデル間の証拠比の最大値は e^{0.1 ± 0.5} であり、すべてのモデルが同程度の統計的妥当性を持つことを示している。
• 宇宙ひもの張力に対する上限が導出された：95%信頼水準で Gμ ≤ 2.1 × 10⁻⁷ である。
• DひもおよびF項結合定数（κおよびλ）、および質量スケールMおよび√ξに対する制約が、Gμの上限から導出された。
• 結果は、SUSY GUTのパラメータ空間およびハイブリッドインフレーションモデルにおける欠陥形成のパラメータ空間に強い制限を課している。
• これらの発見は、トポロジカルな欠陥がCMBパワー スペクトルの有意な割合を占めることはできないことを示唆しており、代替のインフレーションメカニズムが好ましいと考えられる。