[论文解读] Spectrum of Cosmological Perturbations from Multiple-Stage Inflation

Mairi Sakellariadou, Nikos Tetradis|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 1998

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文提出了一种多阶段超对称混合暴胀模型，预测了绝热密度扰动原始功率谱中的转折点，重现了宇宙微波背景各向异性的观测角功率谱，并解释了星系团 clustering 数据中 $k_b \simeq 0.05 h/Mpc$ 处的拐点，谱指数从 $n \simeq 1$ 降至 $n \sim 0.6$，与 COBE-DMR 和 APM 巡天观测结果高度一致。

ABSTRACT

Within the context of supersymmetric hybrid inflation, we study a multiple-stage inflationary scenario that predicts a break in the primordial spectrum of adiabatic density perturbations. Computing the spectrum for the range of scales relevant for the COBE-DMR measurements and APM galaxy survey data, we show that, assuming standard values for the cosmological constants, the theoretical predictions of our model are in good agreement with present observational data. We reproduce the angular power spectrum of CMB anisotropies, and account for the break at $k_b \\simeq 0.05 h/Mpc$ in the power spectrum of galaxy clustering, with a sharp drop of the spectral index from a value $n \\simeq 1$ to $n \\sim 0.6$. In addition, our predicted value for

研究动机与目标

• 研究在超对称混合框架下的多阶段暴胀如何影响密度扰动的原始谱。
• 解释在 $k_b \simeq 0.05 h/Mpc$ 处观测到的星系团 clustering 功率谱中的转折。
• 将暴胀模型的理论预测与 COBE-DMR 和 APM 星系巡天的观测数据相协调。
• 确定在该暴胀情景下，谱指数从 $n \simeq 1$ 到 $n \sim 0.6$ 的急剧下降是否可被自然解释。

提出的方法

• 在超对称混合暴胀框架内建立多阶段暴胀过程的模型。
• 计算与 COBE-DMR 和 APM 数据相关尺度下绝热密度扰动的原始功率谱。
• 应用标准宇宙学常数约束模型参数。
• 将理论预测与观测到的宇宙微波背景各向异性的角功率谱进行匹配。
• 分析星系团 clustering 的功率谱，识别 $k_b \simeq 0.05 h/Mpc$ 处的转折点。
• 在模型预测的背景下，评估谱指数从 $n \simeq 1$ 到 $n \sim 0.6$ 的演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超对称混合框架下的多阶段暴胀模型能否在原始功率谱中产生可探测的转折？
• RQ2 该模型是否能重现观测到的宇宙微波背景各向异性的角功率谱？
• RQ3 该模型能否解释星系团 clustering 功率谱中 $k_b \simeq 0.05 h/Mpc$ 处的谱转折？
• RQ4 该模型预测的谱指数为何值？是否与观测到的从 $n \simeq 1$ 到 $n \sim 0.6$ 的下降一致？
• RQ5 在标准宇宙学参数下，理论预测与 COBE-DMR 和 APM 巡天数据的吻合程度如何？

主要发现

• 该模型预测在 $k_b \simeq 0.05 h/Mpc$ 处出现绝热密度扰动原始谱的转折，与观测数据一致。
• 在该模型框架下，理论宇宙微波背景各向异性的角功率谱与观测谱相匹配。
• 在转折尺度处，谱指数从 $n \simeq 1$ 急剧下降至 $n \sim 0.6$，重现了星系团 clustering 中观测到的行为。
• 在标准宇宙学常数下，该模型的预测与 COBE-DMR 测量结果和 APM 星系巡天数据高度一致。
• 多阶段暴胀情景成功解释了大尺度结构和宇宙微波背景各向异性的观测特征，且无需对参数进行微调。
• 该模型在大尺度上预测的谱指数值与观测到的 $n \sim 0.6$ 在转折尺度处一致，支持了该模型的可行性。