[論文レビュー] Non-canonical scalar field in low anisotropy universe with intermediate inflation

Mahdieh Naderi, Ali Aghamohammadi+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 82被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、低非等方性のバイオチ型I宇宙における非正則スカラー場による中間的インフレーションを検討し、非正則フレームワークが自然に傾きの急なポテンシャルを生じさせ、プランク2015年のデータとより整合性のとれたインフレーションを実現することを示している。このモデルは、スカラーおよびテンソルスペクトル指数、テンソル対スカラー比、スペクトル指数の走る量といった主要な観測量をうまく再現しており、正則モデルと比較して宇宙マイクロ波背景放射観測との整合性が向上している。

ABSTRACT

The behaviour of a non-canonical scalar field within an anisotropic Bianchi type I, spatially homogeneous, Universe in the framework of the intermediate inflation will be studied. It will be examined on the condition that both the anisotropy and non-canonical sources come together and is there any improvement in compatibility with the observational data originated from plank $2015$?. Based on this investigation it can be observed that automatically a steep potential which can manage inflation in a better way will be obtained. Additionally, as a common procedure for an inflationary study, we shall try to calculate the related inflationary observables such as the amplitude of the scalar perturbations, scalar and tensor spectral indices, tensor-to-scalar ratio, the running spectral index, and the number of e-folds. As an exciting part of our results, we will find that our model has a good consistency compared to data risen by CMB and different Planck results. To justify our claims, the well known canonical inflationary scenario in an anisotropic Bianchi type I Universe also will be evaluated.

研究の動機と目的

• 空間的に均一で非等方的なバイオチ型I宇宙における中間的インフレーションの力学を検討すること。
• 非正則な運動項がインフレーション観測量に与える影響と、プランク2015年データとの整合性を評価すること。
• 同じ非等方的枠組み内での非正則モデルと正則インフレーションのシナリオを比較すること。
• スカラーおよびテンソルスペクトル指数、テンソル対スカラー比、スペクトル指数の走る量といったインフレーション観測量を導出し、分析すること。
• 非正則な設定が、正則な場合と比較して、より急なポテンシャルがインフレーションをより効果的に駆動できるかどうかを特定すること。

提案手法

• スケール因子 a(t) = exp(κt^f)、0 < f < 1 を採用し、漸近的に負のべき乗ポテンシャルを導く中間的インフレーションのシナリオを採用する。
• 一般化された運動項を有する非正則スカラー場ラグランジアンを導入し、標準的な正則形式からの逸脱を可能にする。
• 低非等方性条件下での背景発展を導くために、バイオチ型I計量における修正されたアインシュタイン場方程式を解く。
• 非正則フレームワークに適応したスローロール近似を用いて、スカラーおよびテンソルスペクトル指数、テンソル対スカラー比、スペクトル指数の走る量といったインフレーション観測量を計算する。
• 理論的予測をプランク2015年の観測制約と比較し、モデルの整合性を評価する。
• 直接的な比較が可能なように、同じバイオチI背景における正則インフレーションモデルを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低非等方性のバイオチ型I宇宙における非正則スカラー場は、観測的により整合性のとれた中間的インフレーションを支持できるか？
• RQ2 非正則フレームワークは、正則な場合と比較して、自然に急なポテンシャルを生じさせ、インフレーション力学を強化するか？
• RQ3 この非正則で非等方的なモデルにおけるインフレーション観測量（スペクトル指数、テンソル対スカラー比、走る量）はどのように振る舞うか？
• RQ4 非等方性の導入が、中間的インフレーションとプランク2015年データの整合性にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 非正則モデルは、正則モデルと比較して、スローロール条件を達成しやすく、自然にインフレーションを終了させられるか？

主な発見

• 低非等方性バイオチ型I宇宙における非正則スカラー場モデルは、正則な場合と比較して、より急なポテンシャルを生じさせ、インフレーションをより効果的に駆動する。
• このモデルは、プランク2015年観測データと良好に一致するインフレーション観測量（スカラースペクトル指数、テンソル対スカラー比、スペクトル指数の走る量）を生成する。
• このモデルにおけるテンソル対スカラー比とスカラースペクトル指数は、特に r < 0.10 の上界を満たすプランク2015年の制約と整合している。
• 非正則フレームワークではスローロールパラメータが低減され、正則モデルと比較してスローロール領域に到達しやすくなっている。
• 非正則力学を有する中間的インフレーションシナリオは、CMBデータとより良い整合性を示しており、非等方的条件下でもより頑健なインフレーションメカニズムである可能性を示唆している。
• 同じバイオチI背景における正則インフレーションモデルは、観測データとの整合性が劣っており、非正則アプローチの優位性が浮き彫りになっている。