[논문 리뷰] Gravitino production in an inflationary Universe: A fresh look

Raghavan Rangarajan, Narendra Sahu|arXiv (Cornell University)|2006. 06. 21.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 재열 기간 동안의 중력보 생성을 재평가하여, 재열 중의 수밀 밀도를 계산함으로써, 이가 이후의 복사 지배 시대에 생성된 수밀 밀도와 유사한 수준임을 발견하였다. 이는 재열 온도의 하한값을 4/3로 감소시켜, 렙토제네시스 및 GUT 비어로젠시스 모델에 중대한 영향을 미친다.

ABSTRACT

The cosmological consequences of gravitinos generated in the early universe are proportional to their number density. The gravitino number density is usually calculated in the radiation dominated era following inflation. In this Brief Report we calculate the gravitino number density produced during reheating and find that it is comparable to the number density generated in the radiation dominated era after reheating. This lowers the bound on the reheat temperature, relevant for leptogenesis and GUT baryogenesis models, by a factor of 4/3.

연구 동기 및 목표

• 초기 우주의 재열 단계 동안 중력보 생성 기여를 재평가하기 위해.
• 재열 단계가 복사 지배 시대에 비해 총 중력보 수밀 밀도에 대해 유의미하게 기여하는지 여부를 규명하기 위해.
• 렙토제네시스 및 GUT 비어로젠시스를 포함한 모델에서 재열 온도에 대한 천체물리적 제약을 재평가하기 위해.
• 재열 단계에서의 중력보 생성이 기존 이론적 제약에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 비열적 생성을 재열 단계에 포함시켜 재열 온도 하한값의 정확도를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 열장 이론과 붕괴율 형식을 사용하여 재열 시기 동안 생성된 중력보 수밀 밀도를 계산한다.
• 재열 이후의 복사 지배 시대에 생성된 중력보 수확량과 재열 기간 동안의 중력보 수확량을 비교한다.
• 시간에 따라 변화하는 온도를 고려한 팽창 우주에서의 입자 생성을 위한 표준 볼츠만 방정식을 적용한다.
• 재열 기간 동안 인플라톤이 중력보로 붕괴하는 붕괴 너비와 최종 상태 입자들의 열 분포를 사용한다.
• 재열 기간 동안 허블 인자와 인플라톤 붕괴율의 시간적 진화를 고려하여 생성률을 계산한다.
• 재열 기간 동안의 생성률을 통합하여 최종 중력보 밀도를 유도하고, 기존의 복사 지배 결과와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재열 단계 동안의 중력보 생성은 복사 지배 시대에 비해 얼마나 유의미한가?
• RQ2 재열 기간 동안의 비열적 중력보 생성은 총 중력보 밀도에 어떤 기여를 하는가?
• RQ3 재열 단계 생성을 포함할 경우 천체물리 모델에서 재열 온도의 하한값은 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 재열 단계와 복사 지배 시대에 생성된 중력보 수밀 밀도 간의 정량적 비율은 무엇인가?
• RQ5 이러한 수정된 생성률은 렙토제네시스 및 GUT 비어로젠시스 시나리오의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 재열 기간 동안의 중력보 생성은 복사 지배 시대에 생성된 수밀 밀도와 유사한 정도의 기여를 한다.
• 재열 생성을 포함할 경우 총 중력보 수밀 밀도는 약 4/3 배로 증가한다.
• 이 증가로 인해 렙토제네시스 및 GUT 비어로젠시스에 성공적으로 성립하기 위해 필요한 재열 온도의 하한값이 4/3로 감소한다.
• 따라서 재열 온도의 하한값이 완화되어 낮은 에너지의 인플레이션 모델이 여전히 타당해진다.
• 이 결과는 이전의 연구에서 재열 단계 생성을 무시한 경우 과도하게 높은 재열 온도를 요구했을 가능성이 있음을 시사한다.
• 분석은 재열 기간 동안의 비열적 중력보 생성이 최종 중력보 밀도에 중요한 비중을 차지하며 무시할 수 없는 기여를 한다는 것을 확인한다.