[論文レビュー] The unity of dark matter and dark energy in a curvaton scenario

Lei-Hua Liu, Wu-Long Xu|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、混合インフレーションモデルにおけるプリヒーティング期に、カップリングを介した有効質量の変化と従属的指数関数的ポテンシャルを持つカーヴァトン機構を提案する。解析的に、曲率パワー スペクトル $P_\zeta$ と非ガウス性パラメータ $f_{NL}$ がインフレーション場ポテンシャルに依存しないことを示し、カーヴァトン崩壊後の残余指数関数的ポテンシャルが自然に宇宙定数に類似した項を寄与することを示す。これにより、ダークマターとダークエネルギーの統一が達成される。

ABSTRACT

Inspired by \cite{Jiang:2018uce}, we propose a similar curvaton mechanism whose realization occurs in preheating process, in which the effective mass is running (its potential consists of coupling part and exponential part whose contribution is subdominant comparing to the coupling part). The production of curvaton contains the cases of narrow resonance and broad resonances whose criteria comes via the spectral index of curvaton. Since the inflationary potential is chaotic inflation (quadratic potential), it could smoothly transit into the preheating process. Once the entropy perturbation transferred into curvature perturbation, we will use $\delta N$ formalism to investigate its validity. By neglecting the contribution of exponential potential of curvaton, we calculate power spectrum $P_\zeta$ and non linear Non-Gaussian parameter $f_{NL}$. Our calculation analytically shows that these two observables are independent of potential of inflaton. Finally, as the curvaton almost decay (inflaton field vanishes), the exponential potential will be approaching a constant of order of cosmological constant, which may play a role of dark energy.

研究の動機と目的

• プリヒーティング期における単一のカーヴァトンフレームワーク内でダークマターとダークエネルギーを統一すること。
• エントロピー摂動が $\delta N$ 形式を用いてどのように曲率摂動に変換されるかを調査すること。
• パワー スペクトル $P_\zeta$ と非ガウス性 $f_{NL}$ がインフレーション場ポテンシャルに依存するかどうかを特定すること。
• カーヴァトンの従属的指数関数的ポテンシャルが崩壊後にどのように宇宙定数に類似した寄与を生成するかを調査すること。

提案手法

• 支配的であるカップリング項と従属的である指数関数的項から成るカーヴァトンポテンシャルを採用し、プリヒーティング期に有効質量が動的に変化することを想定する。
• プリヒーティング過程を二次ポテンシャルを持つカオス的インフレーションから、共鳴的粒子生成への遷移としてモデル化し、狭帯域および広帯域共鳴の両状態を含む。
• プリヒーティング段階でエントロピー摂動を曲率摂動にマッピングするために $\delta N$ 形式を適用する。
• $P_\zeta$ と $f_{NL}$ を計算する際に指数関数的ポテンシャルの寄与を無視することで、支配的であるカップリング駆動のダイナミクスを分離する。
• 解析的手法を用いて $P_\zeta$ と $f_{NL}$ を導出し、それらがインフレーション場ポテンシャルに依存しないことを示す。
• カーヴァトン崩壊後の残余指数関数的ポテンシャルを評価し、それが観測された宇宙定数に類似した定数的寄与として評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プリヒーティング期におけるカーヴァトン機構は、観測された曲率摂動と宇宙定数に類似した項を自然に生成できるか？
• RQ2 この状況下で $P_\zeta$ と $f_{NL}$ は、インフレーション場ポテンシャルの具体的な形にどの程度依存するか？
• RQ3 プリヒーティング期に進行するカーヴァトンの有効質量の変化は、初期摂動の生成にどのように影響するか？
• RQ4 カーヴァトンポテンシャルの従属的指数関数的項が、カーヴァトン崩壊後にダークエネルギーを説明できるか？
• RQ5 $\delta N$ 形式は、有効質量が変化するカーヴァトンを伴うプリヒーティング領域で、曲率摂動生成を記述するために有効か？

主な発見

• 曲率パワー スペクトル $P_\zeta$ はインフレーション場ポテンシャルに依存せず、カーヴァトンのカップリングとプリヒーティングのダイナミクスにのみ依存する。
• 非ガウス性パラメータ $f_{NL}$ はインフレーション場ポテンシャルに依存せず、カーヴァトンのカップリング駆動の進化に起因する。
• カーヴァトンのスペクトル指数が、狭帯域または広帯域共鳴の発生を決定し、摂動生成の効率に影響を与える。
• カーヴァトン崩壊後、残余の指数関数的ポテンシャルが観測された宇宙定数に類似した定常エネルギー密度を寄与する。
• $\delta N$ 形式は、プリヒーティング状況下でのエントロピー摂動から曲率摂動への移行を的確に記述する。
• プリヒーティング期におけるカーヴァトン機構は、カーヴァトン崩壊生成物によるダークマターと、残余ポテンシャルによるダークエネルギーの統一的起源を提供する。