[論文レビュー] Warm inflation with bulk viscous pressure for different solutions of an anisotropic universe

Mehdi Shokri, J. Sadeghi+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2021

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、体積粘性圧を伴う異方的 Bianchi I 時空における温いインフレーションを検討し、定数および可変の散逸パラメータの下で、中間的、対数中間的、指数的モデルの異なる膨張モデルを分析している。観測的整合性は、特に可変 Γ、ξ の場合に m の範囲 1 ≤ m ≤ 3.5 でプランクおよび BK14 データと一致しており、N > 20 の場合に非ガウス性パラメータ f_{NL} はゼロに近づく一方、スワープランド制約は狭い範囲に留まる。

ABSTRACT

We study a warm inflationary model for different expansions assuming an anisotropic universe described by Bianchi I metric. The universe is filled with a scalar field or inflaton, radiation, and bulk viscous pressure. We carry out the inflationary analysis for different solutions of such universe in two different cases of the bulk viscosity coefficient $ξ$ and the dissipation coefficient $Γ$ as constant and variable parameters, respectively. We compare the obtained results with the recent observations, in order to find the observational constraints on the parameters space of the models. Moreover, we attempt to present a better judgment among the considered models by calculation of the non-linear parameter $f_{NL}$ describing the non-Gaussianity property of the models. Additionally, we investigate the warm inflationary models with viscous pressure from the Weak Gravity Conjecture approach, considering the swampland criteria.

研究の動機と目的

• 異方的 Bianchi I 時空における体積粘性圧を伴う温いインフレーションを検討し、標準的な等方的モデルを超えて展開する。
• 温いインフレーションにおける粘性効果を考慮した場合の、さまざまな正確なインフレーション解（中間的、対数中間的、指数的）の妥当性を評価する。
• 最近のCMBデータ（プランク、BK14）を用いてモデルパラメータを制約し、n_s および r に対する観測的境界との整合性を評価する。
• 異なる散逸的状態における f_{NL} を用いた非ガウス性の分析を行い、モデルの識別可能性を評価する。
• c および c' パラメータの評価を通じて、弱い重力予想を含むスワープランド基準との整合性を検証する。

提案手法

• スカラー場、放射、体積粘性圧を伴う Bianchi I メトリックを用いて異方的宇宙をモデル化する。
• 体積粘性係数 ξ および散逸係数 Γ が定数および可変である2つのケースを分析する。
• スローロール近似とハミルトニアン・ジャコビ形式を用いて、背景ダイナミクスおよびスカラー場の時間発展を導出する。
• 特定のモデル（例：指数的ケース）における有効ポテンシャル V(φ) の再構成を行い、特殊関数を用いて φ(t) を導出する。
• 摂動スペクトルから、宇宙論的観測量（スペクトル指数 n_s、テンソル対スカラー比 r、非ガウス性パラメータ f_{NL}）を計算する。
• プランク2018、BK14、および統合データセットからの観測的制約を適用し、m の許容されるパラメータ範囲を特定する。

Figure 2 : The marginalized joint 68% and 95% CL regions for $n_{s}$ and $r$ at $k=0.002$ Mpc -1 from Planck 2018 in combination with BK14+BAO data cmb and the $n_{s}-r$ constraints on the intermediate model ( 22 ) in the case of $\Gamma$ and $\xi$ as constant parameters. The dashed and solid lines

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 体積粘性圧を伴う温いインフレーションにおける異方的 Bianchi I 宇宙空間において、中間的、対数中間的、指数的モデルのどのインフレーション膨張モデルが観測的に妥当性を持つのか？
• RQ2 プランク、BK14、および統合CMBデータセットの異なる組み合わせ、および e-フォールド数 N=50 と N=60 の場合に、異方性パラメータ m の観測的制約はどのように変化するか？
• RQ3 強散逸的および弱散逸的状態における非ガウス性パラメータ f_{NL} の振る舞いは何か？また、m および N にどのように依存するか？
• RQ4 スワープランド基準パラメータ c および c' はモデルをどのように制約するのか？また、これにより提案されたインフレーションシナリオの理論的妥当性にどのような含意があるか？
• RQ5 体積粘性圧の導入は、異なるモデルにおける有効ポテンシャル V(φ) の再構成およびスカラー場の時間発展 φ(t) にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 対数中間的モデルで Γ と ξ が定数の場合、プランクデータのみを用いた観測的制約では、N=50 のとき 68% 確信区間で 1.5 ≤ m < 5、95% 確信区間で 1.5 ≤ m ≤ 3 が得られる。
• 対数中間的モデルで Γ と ξ が可変の場合、全CMBデータから N=60 のとき 68% 確信区間で 1 < m < 4 が支持され、95% 確信区間で 2 ≤ m ≤ 3.5 が得られる。
• 指数的モデルで Γ と ξ が可変の場合、N=60 のときプランク + BK14 からの 68% 確信区間で 0.5 < m < 2 が整合的であり、強散逸状態では f_{NL} ∼ 0 となる。
• すべてのモデルにおいて、N > 20 のとき非ガウス性パラメータ f_{NL} はゼロに近づき、後期インフレーション段階では非ガウス性が無視できるほど小さい。
• スワープランドパラメータ c と c' は、c は非常に狭い範囲、c' は大きな値を示しており、モデルの理論的妥当性に対する強い制約を示唆している。
• 可変 Γ と ξ を伴う中間的モデルでは、全データから N=50 のとき 68% 確信区間で 1 < m < 2.5 が得られ、強散逸状態では m ≥ 0.5 のとき f_{NL} が現れる。

Figure 7 : The marginalized joint 68% and 95% CL regions for $n_{s}$ and $r$ at $k=0.002$ Mpc -1 from Planck 2018 in combination with BK14+BAO data cmb and the $n_{s}-r$ constraints on the intermediate model ( 22 ) in the case of $\Gamma$ and $\xi$ as variable parameters. The dashed and solid lines