[논문 리뷰] The unity of dark matter and dark energy in a curvaton scenario

Lei-Hua Liu, Wu-Long Xu|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 24.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 혼돈적 인플레이션 모형에서 예비가열 기간 동안의 커큐베이션 메커니즘을 제안하며, 커큐베이션의 효과적 질량이 결합을 통해 변화하고 보조적인 지수형 잠재에너지가 존재한다. 분석적으로, 곡률 스펙트럼 $P_\zeta$와 비정규성 매개변수 $f_{NL}$ 이 인플레이션 장의 잠재에너지에 영향을 받지 않음을 보여주며, 커큐베이션 붕괴 이후 잔류 지수형 잠재에너지가 자연스럽게 우주상수 유사 항으로 기여함으로써 어둠성 물질과 어둠성 에너지를 통합한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 예비가열 기간 동안 단일 커큐베이션 프레임워크 내에서 어둠성 물질과 어둠성 에너지를 통합하기.
• 엔트로피 편미분이 $\delta N$ 형식을 통해 곡률 편미분으로 어떻게 전환되는지 조사하기.
• 스펙트럼 $P_\zeta$와 비정규성 $f_{NL}$ 이 인플레이션 장의 잠재에너지에 의존하는지 여부를 규명하기.
• 커큐베이션의 보조적인 지수형 잠재에너지가 붕괴 후에 우주상수 유사 기여를 어떻게 생성하는지 탐색하기.

제안 방법

• 지배적인 결합 항과 보조적인 지수형 항으로 구성된 커큐베이션 잠재에너지 모델을 도입하며, 예비가열 기간 동안 효과적 질량이 동적으로 변화함을 가정한다.
• 예비가열 과정을 이차 잠재에너지가 있는 혼돈적 인플레이션에서 공진 입자 생성으로 전환하는 것으로 모델링하며, 좁은 공진 및 넓은 공진 영역을 모두 포함한다.
• 예비가열 단계 동안 엔트로피 편미분을 곡률 편미분으로 변환하기 위해 $\delta N$ 형식을 적용한다.
• $P_\zeta$와 $f_{NL}$ 계산 시 지수형 잠재에너지 기여를 무시하여 지배적인 결합 기반 동역학을 분리한다.
• 해석적 기법을 사용하여 $P_\zeta$와 $f_{NL}$을 유도하며, 이들이 인플레이션 장의 잠재에너지에 영향을 받지 않음을 보여준다.
• 커큐베이션 붕괴 이후 잔류 지수형 잠재에너지의 기여를 평가하여, 관측된 우주상수와 유사한 일정한 기여로 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 예비가열 기간 동안의 커큐베이션 메커니즘이 관측된 곡률 편미분과 우주상수 유사 항을 자연스럽게 생성할 수 있는가?
• RQ2 이 시나리오에서 $P_\zeta$와 $f_{NL}$ 이 인플레이션 장의 구체적 형태에 얼마나 의존하는가?
• RQ3 예비가열 기간 동안 커큐베이션의 효과적 질량이 러닝되는 것이 초기 우주의 편미분 생성에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ4 커큐베이션 잠재에너지의 보조적인 지수형 부분이 붕괴 후 어둠성 에너지를 설명할 수 있는가?
• RQ5 $\delta N$ 형식은 효과적 질량이 변화하는 커큐베이션을 포함한 예비가열 영역에서 곡률 편미분 생성을 기술하는 데 유효한가?

주요 결과

• 곡률 스펙트럼 $P_\zeta$ 는 인플레이션 장의 잠재에너지에 영향을 받지 않으며, 오직 커큐베이션 결합과 예비가열 동역학에만 의존한다.
• 비정규성 매개변수 $f_{NL}$ 도 인플레이션 장의 잠재에너지에 영향을 받지 않으며, 오직 커큐베이션의 결합 기반 진화에 의해 기인한다.
• 커큐베이션의 스펙트럼 지수는 좁은 공진 또는 넓은 공진이 발생할지를 결정하며, 이는 편미분 생성의 효율성에 영향을 준다.
• 커큐베이션 붕괴 이후 잔류 지수형 잠재에너지는 관측된 우주상수와 유사한 일정한 에너지 밀도를 기여한다.
• $\delta N$ 형식은 예비가열 맥락에서 엔트로피 편미분에서 곡률 편미분으로의 전이를 성공적으로 기술한다.
• 예비가열 기간 동안의 커큐베이션 메커니즘은 커큐베이션 붕괴 생성물에 의한 어둠성 물질과 잔류 잠재에너지에 의한 어둠성 에너지의 통합 기원을 제공한다.