[論文レビュー] Testing the k^3 Component in the Primordial Perturbation Power Spectrum

Loison Hoi, James M. Cline+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2007

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、再熱などの後インフレーション過程によって生じる、原始的曲率摂動スペクトルの k³ 成分の存在を、CMB、LSS、およびライマン-αフォレストデータを用いて検証する。k³ 成分の弱いから中程度の証拠が得られ、CMBフィットでは ∆χ² の改善が 1.4–5.4、ライマン-αデータでは ∆χ²′ = 3.8 に達する。k³ 成分の振幅は、スケール不変成分に対して rσ < 1.5 に制限され、波数範囲 2.3×10⁻³–8.2 Mpc⁻¹ において有効である。

ABSTRACT

Well-known causality arguments show that events occurring at the end of inflation, associated with reheating or preheating, could contribute a blue component to the spectrum of primordial curvature perturbations, with the dependence k 3. We explore the possibility that they could be observably large in current CMB, LSS, and Lyman-α data. We find that a k 3 component with a cutoff at some maximum k can modestly improve the fits (∆χ 2 = 1.4,5.4) of the low multipoles (ℓ ∼ 10−50) or the second peak (ℓ ∼ 540) of the CMB angular spectrum when the three-year WMAP data are used. Moreover, the results from WMAP are consistent with the CBI, ACBAR, 2dFGRS, and SDSS data when they are included in the analysis. Including the SDSS galaxy clustering power spectrum, we find weak positive evidence for the k 3 component at the level of ∆χ 2′ = 2.4, with the caveat that the nonlinear evolution of the power spectrum may not be properly treated in the presence of the k 3 distortion. To investigate the high-k regime, we use the Lyman-α forest data (LUQAS, Croft et al., and SDSS Lymanα); here we find evidence at the level ∆χ 2 ′ = 3.8. We give constraints on the ratio between the k 3 component and the nearly scale-invariant component, rσ &amp;lt; 1.5 over the range of wavenumbers 2.3 ×10 −3 Mpc −1 &amp;lt; k &amp;lt; 8.2 Mpc −1. We also discuss theoretical models which could lead to the k 3 effect. 1

研究の動機と目的

• 再熱期における因果性の議論から予測される k³ 成分が、現在の宇宙論的データで検出可能かどうかを評価すること。
• そのような成分が低多重度 CMB 異方性、第二ピーク、および大規模構造データと整合するかどうかを評価すること。
• 複数の観測データセットを用いて、k³ 成分のスケール不変成分に対する振幅を制約すること。
• 非線形的進化が結果に与える影響を考慮し、ライマン-αフォレストデータを用いて高 k 範囲を調査すること。

提案手法

• 三回目の WMAP データを用いて CMB 角スペクトル密度をフィットし、高波数でカットオフを持つ k³ 成分を含める。
• CBI、ACBAR、2dFGRS、SDSS の銀河クラスタリングデータを統合し、複数の調査との整合性を検証する。
• SDSS の銀河クラスタリングパワー スペクトルを用いて、k³ 成分を評価し、非線形的進化の影響を考慮する。
• LUQAS、Croft ら、および SDSS のライマン-αフォレストデータを分析し、高 k 範囲を調査する。
• 複数のデータセットにおいて、k³ 成分の証拠を定量化するため、∆χ² および ∆χ²′ の改善を計算する。
• 波数範囲 2.3×10⁻³–8.2 Mpc⁻¹ において、k³ 成分とスケール不変成分との比 rσ に対する制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の CMB、大規模構造、およびライマン-αフォレストデータにおいて、原始的スペクトルの k³ 成分が検出可能か？
• RQ2 特に低多重度および第二ピークにおいて、CMB スペクトルに k³ 成分を含めることで、どの程度フィットが改善されるか？
• RQ3 SDSS やライマン-αフォレスト観測を含む複数の独立したデータセットにおいて、k³ 成分の証拠は一貫しているか？
• RQ4 k³ 成分の振幅は、スケール不変成分に対してどの程度制限されており、その有効範囲はどの波数範囲か？
• RQ5 パワー スペクトルにおける非線形的進化効果が、銀河クラスタリングデータにおける k³ 成分の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• 三回目の WMAP データを用いた分析では、低多重度 CMB スペクトル（ℓ ∼ 10–50）に対するフィットが k³ 成分によってわずかに改善され、∆χ² = 1.4 の改善が得られた。
• 同じ WMAP 分析において、第二ピーク（ℓ ∼ 540）へのフィットも k³ 成分により改善され、∆χ² = 5.4 の改善が得られた。
• SDSS の銀河クラスタリングデータを含めた場合、k³ 成分に対する弱い正の証拠が ∆χ²′ = 2.4 で得られたが、非線形的進化の影響が結果に与える可能性がある。
• 高 k 範囲において、ライマン-αフォレストデータ（LUQAS、Croft ら、SDSS）は k³ 成分に対して ∆χ²′ = 3.8 の証拠を提供した。
• k³ 成分とほぼスケール不変成分との比は、波数範囲 2.3×10⁻³ Mpc⁻¹ < k < 8.2 Mpc⁻¹ において rσ < 1.5 に制限された。
• 再熱またはプリヒートを含む理論的モデルが、k³ 成分の物理的起源として議論された。