[論文レビュー] Reheating and Entropy Perturbations in Fibre Inflation

Bao-Min Gu, Robert Brandenberger|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2018

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 44被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、繊維インフレーションモデルにおける再結合とエントロピー摂動の挙動を調査し、長波長の摂動のパラメトリック共鳴によって再結合が開始されることを示している。エントロピーモードは不安定化や指数的増幅を防ぐのに十分に重いため、曲率摂動は安定であり、観測と整合的であることが保証される。

ABSTRACT

We study reheating in some one and two field realizations of {\it Fibre Inflation}. We find that reheating begins with a phase of preheating in which long wavelength fluctuation modes are excited. In two field models there is a danger that the parametric amplification of infrared fluctuations in the second scalar field - associated with an entropy mode - might induce an instability of the curvature fluctuations. We show that, at least in the models we consider, the entropy mode has a sufficiently large mass to prevent this instability. Hence, from the point of view of reheating the models we consider are well-behaved.

研究の動機と目的

• 繊維インフレーションモデルにおける再結合が、エントロピーモードの増幅によって引き起こされる不安定性の影響を受けるかどうかを評価すること。
• エントロピー摂動におけるパラメトリック共鳴が、曲率摂動を指数的に増幅させる可能性があるかどうかを特定すること。
• 再結合期におけるエントロピーモードの有効質量を評価し、宇宙論的摂動安定性に与える影響を検討すること。
• 繊維インフレーションモデルが、初期宇宙の曲率摂動に関する観測的制約と整合的であることを保証すること。

提案手法

• 空間的に平坦で、均一かつ等方的な宇宙論的背景のもと、繊維インフレーションの一および二場実現を分析する。
• スローロール近似を適用し、ポテンシャルの2階微分と場の回転角を用いて、エントロピーおよび断熱モードの有効質量を導出する。
• エントロピーモードの有効質量の二乗を $ m_{\text{eff}}^{2} = 3H^{2}(\eta_{ss} + \eta_{\sigma s}^{2}) $ として導出する。ここで $ \eta_{IJ} $ はスローロールパラメータである。
• 超ハッブルスケールでエントロピー摂動が増幅されるか抑制されるかを判断するため、条件 $ \eta_{ss} + \eta_{\sigma s}^{2} > \frac{1}{2} $ を評価する。
• エントロピー摂動の運動方程式 $ \ddot{\delta s} + 3H\dot{\delta s} + \left(\frac{k^2}{a^2} + V_{ss} + 3\dot{\theta}^2\right)\delta s = \cdots $ を用いて、その力学的挙動を評価する。
• エントロピーの有効質量を臨界閾値 $ \sqrt{3/2}H $ と比較し、エントロピー摂動が増幅されるか、減衰するかを判断する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 繊維インフレーションにおける再結合は、エントロピーモード摂動のパラメトリック共鳴を引き起こすか？
• RQ2 再結合期におけるエントロピーモードの増幅が、指数的に増幅された曲率摂動を誘発する可能性はあるか？
• RQ3 エントロピーモードの有効質量が、パラメトリック共鳴を抑制し、不安定化を防ぐのに十分に大きいと評価できるか？
• RQ4 スローロールパラメータ $ \eta_{ss} $ と $ \eta_{\sigma s} $ がエントロピー摂動の安定性にどのように影響するか？
• RQ5 再結合後にエントロピー摂動が曲率摂動に顕著に寄与しないようにする条件は何か？

主な発見

• 繊維インフレーションにおける再結合は、長波長の摂動のパラメトリック共鳴によって駆動される初期段階の再結合に起因する。
• エントロピーモードの有効質量は $ m_{\text{eff}}^{2} = 3H^{2}(\eta_{ss} + \eta_{\sigma s}^{2}) $ であり、断熱-エントロピー場基底におけるスローロールパラメータに依存する。
• もし $ \eta_{ss} + \eta_{\sigma s}^{2} > \frac{1}{2} $ であれば、エントロピーモードは十分に重く、大規模な増幅を抑制し、不安定化を防げる。
• 条件 $ m_{\text{eff}}^{2} > \frac{3}{2}H^{2} $ を満たせば、エントロピー摂動は指数的増幅ではなく減衰振動を示す。
• 本研究で検討されたモデルでは、エントロピーモードは危険な増幅を避けるのに十分に重く保たれ、観測された初期宇宙の曲率摂動と整合的である。
• 解析により、繊維インフレーションモデルは再結合期にエントロピーモードに起因する不安定性の影響を受けず、宇宙論的に妥当であることが確認された。