[論文レビュー] Reheating sensitivity on primordial black holes

Rong-Gen Cai, Tong-Bo Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、特定の質量関数が単一のピークではなく広がっている場合に、再加熱歴（特にe-フォールディング数と状態方程式）が初期ブラックホール（PBH）の生成に与える影響を調査する。1つのスカラー場インフレーションモデルにおいて、準特異点を持つ場合に、再加熱がPBHのピーク位置、振幅、およびダークマター寄与率に多数のオーダーの変化をもたらすことが示され、PBHダークマターのシナリオにおける不確実性が顕著に増大することが明らかになった。

ABSTRACT

We investigate the sensitivity of reheating history on the abundance of primordial black holes (PBHs). Contrary to the monochromatic case of mass fraction of PBH, reheating era with different e-folding and equation-of-state can have a substantial impact on the abundance of PBH with an extended mass fraction. We demonstrate explicitly this reheating sensitivity in an illustrative model of single field inflation with a quasi-inflection point, and find that both the peak position and amplitude of the extended mass fraction as well as the abundance of PBH in DM can vary by many orders of magnitude, which adds another layer of uncertainty on the PBH scenarios as dark matter.

研究の動機と目的

• 広がった質量関数を持つモデルにおける再加熱歴が初期ブラックホール（PBH）生成に与える感受性を評価すること。
• 再加熱のe-フォールディング数および状態方程式の変化が、PBH形成およびダークマター寄与率に与える影響を調査すること。
• 再加熱ダイナミクスに起因する、PBHダークマターのシナリオにおける不確実性を定量化すること。

提案手法

• 広がったPBH質量関数を生成するために、準特異点を持つ1スカラー場インフレーションのシナリオをモデル化する。
• 異なる再加熱歴を模擬するために、再加熱のe-フォールディング数および状態方程式パラメータを変化させる。
• 異なる再加熱条件の下で、初期曲率スペクトルおよびPBH質量関数を計算する。
• 広がった質量関数を用いて、PBH生成量とそのダークマターへの寄与率を計算する。
• 異なる再加熱シナリオ間でのPBH生成量の変動を比較し、感受性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再加熱歴は、広がったPBH質量関数のピーク位置にどのように影響するか？
• RQ2 再加熱のe-フォールディング数および状態方程式の変化は、PBH質量関数の振幅にどのように影響するか？
• RQ3 再加熱は、ダークマター予算におけるPBH生成量をどの程度変化させるか？
• RQ4 モノクローマチックな質量関数と比較して、広がった質量関数のシナリオにおけるPBH生成量の再加熱に対する感受性はどの程度か？

主な発見

• 再加熱歴は、広がったPBH質量関数のピーク位置に顕著に影響し、e-フォールディング数の違いに応じて顕著なシフトが観測される。
• PBH質量関数の振幅は、再加熱パラメータ、特に状態方程式に強く依存し、多数のオーダーにわたって変動する。
• 固定されたインフレーションパラメータのもとでも、再加熱ダイナミクスにより、ダークマターに寄与するPBH生成量が多数のオーダーにわたって変動する。
• モノクローマチックな場合と比較して、広がった質量関数モデルでは、PBH生成量の再加熱に対する感受性が顕著に強い。