[論文レビュー] The Primordial Black Hole Formation from Single-Field Inflation is Still Not Ruled Out

A. Riotto|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 44

ひとこと要約

本論文は、超緩慢-roll期間を伴う単一場インフレーションからの原始ブラックホールPBH形成の実現性を支持し、それが排除されていないこと、遷移の詳細とPBH存在量の正しい変数に依存することを主張する。

ABSTRACT

In response to a recent criticism, appeared in arXiv:2303.00341, we argue that the standard scenario to form primordial black holes in the early universe based on a phase of ultra-slow-roll in single-field inflation is not ruled out.

研究の動機と目的

• 単一場インフレーションにおけるPBH形成について議論を喚起し、それが排除されたという主張に挑む。
• USRからスローリールへの遷移がループ補正と非ガウシアン性にどのように依存するかを明確にする。
• PBH存在量計算における正しい摂動変数の重要性を強調する。
• 滑らかな遷移と正しい変数はループ補正を減らすことを強調する。
• 現実的な遷移の下でいつPBH形成が依然として実現可能かについて指針を示す。

提案手法

• USR期間中の短尺度摂動が存在する場合の大規模スケールのパワースペクトルに対するループ補正を分析する。
• 遷移が突然でない場合や緩やかな場合には、絞りのかかったビスペクトラムが抑制されることを示す。
• 遷移中の非ガウシアン性の抑制を示すために相互作用項(I.3)を書き直し、スローリールパラメータと関連づける。
• 正しいPBH abundance計算にはδ_mを用いるべきだと主張する。
• δ_mを使用することで、PBH存在量のために必要な短尺度パワースペクトル振幅への影響を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 USR相はループ補正のためにPBH形成を必然的に排除するのか。
• RQ2 USRからスローリールへの遷移の性質が非ガウシアン性と結果としてのPBH存在量にどう影響するか。
• RQ3 PBH存在量を計算する正しい変数は何か、それを用いることが短尺度パワースペクトルの制約にどう影響するか。
• RQ4 遷移中のスローリールパラメータが絞り込みビスペクトラムとループ補正にどう影響するか。

主な発見

• 大規模スペクトルへのループ補正は、USRからスローリールへの遷移が滑らかまたは緩やかな場合には一般に大きくない。
• 大きな非ガウシアン性をもたらす絞り込みビスペクトラムは、遷移中のスローリールパラメータによって抑制され得る。
• 正しいPBH存在量変数δ_mを用いると、与えられたPBH存在量に対して必要な短尺度パワースペクトル振幅が小さくなる。
• USR期間中にηが大きくても、スローリールへ遷移する際には関連する非ガウシアン寄与は抑制される。
• δ_mを用いるとPBH形成のために必要なP_ζ(k_S)は従来主張されたよりはるかに小さくなり、ループの懸念を緩和する。