Nới lỏng các ràng buộc vũ trụ học đối với khối lượng neutrino hiện tại: Kết hợp Năng lượng tối với neutrino

Bảng liên kết

• Tóm tắt và giới thiệu
• Kết hợp năng lượng tối với neutrino
• Tác động của khớp nối đối với nhiễu loạn và quan sát được
• Ước tính tham số
• Cuộc thảo luận
• Lời cảm ơn, Phụ lục và Tài liệu tham khảo

II. KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TỐI VỚI NEUTRINOS

Chúng ta hãy xem xét một vũ trụ phẳng có độ cong triệt tiêu, đồng nhất về mặt không gian và đẳng hướng, sự giãn nở của nó được tham số hóa bởi hệ số tỷ lệ a liên quan đến số liệu không thời gian Friedmann-Lemaˆıtre-Roberson-Walker (FLRW). Xem xét thêm rằng sự giãn nở có nguồn gốc từ các photon (γ), baryon (b), vật chất tối lạnh (c), neutrino (ν) và năng lượng tối trường vô hướng (ϕ) chịu trách nhiệm cho gia tốc hiện tại, phương trình Friedmann cho biết

Trong nghiên cứu này, chúng tôi muốn kiểm tra khả năng tương tác giữa các loại neutrino và năng lượng tối, trong mô hình neutrino thay đổi khối lượng trong đó các neutrino hoạt động được ghép với trường vô hướng [13–20]. Bởi vì dữ liệu vũ trụ học bậc cao chỉ nhạy cảm với tổng khối lượng neutrino [36, 37], nên chúng tôi giả sử vì mục đích thực tế [38] hai neutrino không khối lượng và một neutrino khổng lồ được ghép không tối thiểu với thành phần tinh chất. Neutrino ghép có khối lượng hiệu dụng thay đổi, phụ thuộc vào giá trị của trường vô hướng và vào tham số không thứ nguyên và không đổi β,

Các tenxơ năng lượng ứng suất của chất lỏng neutrino và trường vô hướng không được bảo toàn riêng biệt. Chúng ta có

trong đó pϕ là áp suất tại hiện trường. Các số hạng nguồn bổ sung biến mất mà không có tương tác, β = 0, hoặc nếu các hạt neutrino nặng có tính siêu tương đối, hoạt động như bức xạ không dấu vết.

Để kiểm tra mô hình bằng các quan sát, chúng tôi áp dụng tham số hóa hiện tượng học đã biết, lần đầu tiên được đề xuất trong Tài liệu tham khảo. [22], trong đó trường vô hướng phụ thuộc tuyến tính vào số nếp gấp điện tử, N ≡ ln a, trong suốt quá trình tiến hóa vũ trụ. Chúng tôi giới thiệu hằng số không thứ nguyên λ cho độ dốc của tỷ lệ:

Cách tiếp cận đơn giản này là một giải pháp thay thế mạnh mẽ cho tham số hóa CPL phổ biến [40, 41], vì rất nhiều phương trình năng lượng tối của sự tiến hóa trạng thái có thể được ghi lại chỉ bằng một tham số bổ sung [42], do đó hạn chế sự suy biến trong suy luận Bayes. Một lợi thế nữa là thế năng trường vô hướng có thể được xây dựng lại bằng phương pháp phân tích theo Ref. [22, 24–26]. Điều này được thực hiện bằng cách giải phương trình vi phân bậc nhất (2.7) để tìm ρϕ sử dụng phương trình ràng buộc (2.1) và lưu ý rằng ϕ˙ = λH theo phương trình. (2.9). Thế năng xảy ra là tổng của các số hạng mũ,

trong đó thang đo khối lượng được đưa ra bởi các biểu thức phân tích sau đây,

Chúng ta có thể thấy trong Hình 2 rằng sự kết hợp với neutrino thay đổi wϕ trong kỷ nguyên vật chất thống trị. Đối với khối lượng đang tăng dần (β > 0, đường chấm), phương trình trường của trạng thái nhỏ hơn so với trường hợp tách rời (β = 0, đường liền nét). Ngược lại, wϕ lớn hơn khi sự truyền năng lượng xảy ra theo hướng ngược lại, tức là từ các neutrino có khối lượng co lại (β < 0, đường nét đứt). Tương ứng, Hình 3 cho thấy các neutrino phi tương đối tính nhận năng lượng từ trường vô hướng (β > 0) có mật độ năng lượng phân đoạn thấp hơn để đạt đến cùng khối lượng hiện tại so với khi chúng cung cấp năng lượng (β < 0).

với

trong đó ϵ là năng lượng đồng chuyển động của neutrino.