[論文レビュー] On the evolution of abelian-Higgs string networks

J. N. Moore, E. P. S. Shellard|ArXiv.org|Aug 16, 1998

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、数値シミュレーションを用いてアーベル・ヒッグスストリングネットワークの進化を調査し、ループ生成、マスレスな放射、摩擦を含む修正された速度依存型1スケールモデルと比較している。結果として、ネットワークのスケーリングにおいてループ生成が支配的であり、マスレスな放射の放出は波長とともに減衰することが示され、直接的なマスレスな放射が主なエネルギー損失機構であるとする仮説を強く支持する証拠は得られなかった。

ABSTRACT

We study the evolution of abelian-Higgs string networks in numerical simulations. These are compared against a modified velocity-dependent one scale model for cosmic string network evolution. This incorporates the contributions of loop production, massive radiation and friction to the energy loss processes that are required for scaling evolution. We find that the loop distribution statistics in the simulations are consistent with the long-time scaling of the network being dominated by loop production. For an oscillating sinusoidal perturbation, we also demonstrate that the power emitted into massive radiation decays strongly with wavelength. Putting these observations together and extrapolating, we believe there is insufficient evidence to reject the the standard picture of string network evolution in favour of one where direct massive radiation is the dominant decay mechanism, a proposal which has attracted much recent interest.

研究の動機と目的

• 宇宙論的設定におけるアーベル・ヒッグスストリングネットワークの長期的進化を理解すること。
• 直接的なマスレスな放射の放出が、宇宙ストリングネットワークにおけるエネルギー損失を支配する可能性があるかどうかを検証すること。
• マスレスな放射が主な崩壊チャネルであるという代替モデルに対して、標準的なループベースの崩壊機構の妥当性を評価すること。
• シミュレーション結果と、ループ生成、マスレスな放射、摩擦を組み込んだ修正された速度依存型1スケールモデルの理論的予測を比較すること。

提案手法

• ネットワークの時間的進化を追跡するために、アーベル・ヒッグスストリングネットワークの数値的シミュレーションが実施された。
• ループ生成、マスレスな放射、摩擦によるエネルギー損失を反映した、修正された速度依存型1スケールモデルが用いられた。
• シミュレーションからのループ分布統計を分析し、ループ生成がスケーリング行動を支配しているかどうかを特定した。
• 振動する正弦波的摂動に対するマスレスな放射への放射パワーを計算し、その波長依存性を評価した。
• 結果を外挿して、マスレスな放射が主な崩壊機構である可能性があるかどうかを評価した。
• シミュレーションの結果と、修正されたモデルの理論的予測との間で比較を行い、一貫性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シミュレーションにおいて、アーベル・ヒッグスストリングネットワークの長期的スケーリング行動は、ループ生成によって支配されているか？
• RQ2 ストリング振動の波長に依存して、マスレスな放射に放出されるパワーはどのように変化するか？
• RQ3 マスレスな放射が主なエネルギー損失プロセスであるとする仮説を、標準的なループベースの崩壊機構よりも支持する十分な証拠があるか？
• RQ4 摩擦およびマスレスな放射は、ネットワーク進化におけるエネルギー損失にどの程度寄与しているか？
• RQ5 修正された速度依存型1スケールモデルは、観測されたネットワークダイナミクスを正確に記述できるか？

主な発見

• シミュレーションにおけるループ分布統計は、長期間にわたりネットワークのスケーリングがループ生成によって支配されていることに整合的である。
• 振動する正弦波的摂動に対して、マスレスな放射への放射パワーは波長が増加するにつれて強く減衰する。
• 観測されたマスレスな放射の放出は、宇宙ストリングネットワークにおける主なエネルギー損失機構であるとする仮説を支持するには弱く、十分な証拠がない。
• シミュレーション結果は、ループ生成、摩擦、マスレスな放射効果を組み込んだ修正された速度依存型1スケールモデルと良好に一致している。
• 結果の外挿から、直接的なマスレスな放射が支配的であるモデルに移行するための十分な証拠は得られず、標準的なストリングネットワーク進化の図式を支持する。
• 本研究では、最近提唱された直接的なマスレスな放射が宇宙ストリングの主な崩壊チャネルであるという仮説に、説得力ある支持は見いだせなかった。