[论文解读] Isocurvature constraints on gravitational particle production at reheating

Tommi Markkanen, Sami Nurmi|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 34被引用 4

一句话总结

本文通過證明在再熱期間由曲率引起的粒子產生會產生過多的等曲率擾動，從而對早期宇宙模型中的弱耦合觀測標量施加嚴格約束，這些擾動與觀測數據相衝突。對於與標準模型脫耦的單一觀測標量的二次暴脹模型，普朗克等曲率擾動限制排除了廣泛的觀測標量質量和非最小耦合範圍。

ABSTRACT

We derive new constraints for weakly coupled spectator scalars in the early uni- verse. We show that curvature induced particle production of their quanta at reheating easily generates large isocurvature perturbations in conict with observations. This yields stringent bounds on spectator masses and their non-minimal curvature couplings. As an example, for quadratic ination and a single spectator scalar decoupled from the Standard Model, we nd that the Planck isocurvature bound excludes spectator masses in the range

研究动机与目标

• 研究曲率引起的粒子產生對早期宇宙模型中再熱期間等曲率擾動的影響。
• 推導暴脹場景中觀測標量質量和非最小曲率耦合的觀測約束。
• 在普朗克數據約束下，評估弱耦合觀測標量在如二次暴脹等模型中的可行性。

提出的方法

• 以通過非最小耦合與引力耦合的單一觀測標量場來建模早期宇宙。
• 計算再熱期間由於時變曲率引起的觀測量子的粒子產生速率。
• 在暴脹宇宙學背景下，使用線性擾動理論評估由此產生的等曲率擾動。
• 將預測的等曲率功率譜與普朗克衛星的觀測限制進行比較。
• 應用普朗克95%置信區間的等曲率模式限制來約束觀測場參數。
• 根據與觀測等曲率約束的一致性，推導出觀測標量質量和非最小耦合的排除界限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在再熱期間，由引力粒子產生的觀測標量量子產生的等曲率擾動的大小是多少？
• RQ2 非最小曲率耦合如何影響觀測場模型中等曲率模式的強度？
• RQ3 普朗克觀測在多大程度上約束了二次暴脹模型中觀測標量的質量和耦合？
• RQ4 當應用等曲率約束時，弱耦合觀測標量在暴脹場景中是否仍具有可行性？
• RQ5 在假設再熱期間由曲率引起的粒子產生的前提下，觀測標量質量和耦合的排除參數空間是什麼？

主要发现

• 在再熱期間，由觀測標量量子的引力粒子產生會產生超過普朗克衛星觀測限制的等曲率擾動。
• 普朗克等曲率限制強烈約束了觀測標量的參數空間，排除了廣泛的質量和非最小曲率耦合範圍。
• 對於與標準模型脫耦的單一觀測標量的二次暴脹模型，觀測到的等曲率限制排除了參數空間的顯著部分。
• 對於具有非零非最小耦合的輕量觀測標量，約束特別強。
• 結果表明，在此類模型中，觀測標量必須非常重，或具有非常小的非最小耦合，才能避免與觀測結果衝突。
• 本研究確立了來自普朗克數據的等曲率限制是早期宇宙中引力粒子產生機制的強大探針。