Lockerung der kosmologischen Beschränkungen für aktuelle Neutrinomassen: Diskussion

Linktabelle

• Zusammenfassung und Einleitung
• Kopplung dunkler Energie an Neutrinos
• Einfluss der Kopplung auf Störungen und Observablen
• Parameter Schätzung
• Diskussion
• Danksagung, Anhang und Referenzen

V. DISKUSSION

In dieser Studie haben wir ein Modell massenvariierender Neutrinos untersucht, bei dem die Masse vom Wert eines Skalarfelds abhängt, das die Komponente der Dunklen Energie darstellt. Die Originalität unserer Arbeit liegt in der Wahl der Quintessenz-Parametrisierung, die die Anzahl der freien Parameter im Vergleich zu anderen Ansätzen wie der CPL-Parametrisierung oder der beliebigen Wahl von Skalarfeldpotentialen begrenzt. Während die Parametrisierung rein phänomenologisch ist, führt sie zur analytischen Rekonstruktion des Potentials als Summe exponentialer Terme, was der Dunklen Energie praktischerweise Skalierungseigenschaften verleiht. Wir haben zwei zusätzliche freie Parameter in Bezug auf ΛCDM eingeführt, β für die Kopplungsstärke zwischen den beiden Sektoren in Gl. (2.2) und λ für die lineare Entwicklung des Felds in Gl. (2.9).

Wir haben die Vermutung bestätigt, dass ein Szenario mit wachsender Neutrinomasse die Obergrenze der aktuellen Neutrinomasse lockert, die im Rahmen des Basismodells νΛCDM abgeleitet wurde. Unser Ziel war es, frühere Arbeiten wie die Studie in Ref. [16] zu ergänzen. In letzterer war eines der von den Autoren betrachteten Modelle eine massenvariierende Neutrinotheorie mit einer konstanten Kopplung an das Skalarfeld und einem typischen Potenzial in Form einer Exponentialfunktion. Im Gegensatz zu unserem Fall zeigt ihr Modell kein Tracking-Verhalten und erlaubt nur Szenarien mit schrumpfender Masse. Sie fanden auch heraus, dass astronomische Beobachtungen keine starken Einschränkungen des Kopplungsparameters liefern. Um die Kopplung einzuschränken, legten sie die Neutrinomasse auf Werte über 0,1 eV fest, in der Annahme, dass eine derart signifikante Masse unabhängig bestätigt werden könnte. Alternativ legten wir in unserer Wahrscheinlichkeitsanalyse unterschiedliche Werte der Kopplung fest, um die aktuelle Neutrinomasse einzuschränken.

Nach der Analyse des Modells auf Hintergrundniveau haben wir die Empfindlichkeit mehrerer Observablen (Materie- und CMB-Leistungsspektren und CMB-Linsenpotential) gegenüber der Kopplung ausgewertet. Dabei verwendeten wir eine Version des Boltzmann-Codes CLASS, die wir an das betrachtete Modell angepasst haben. Wir fanden heraus, dass wachsende Neutrinomassen zu einer geringeren Unterdrückung der Materieleistung führen als durch das Vorhandensein eines nicht wechselwirkenden Skalarfelds vorhergesagt. Die Kopplung beeinflusst auch die Form des CMB-Leistungsspektrums auf verschiedenen Skalen, insbesondere durch den integrierten Sachs-Wolf-Effekt, parallel zur Wirkung des Skalarfeldparameters selbst. Das CMB-Linsenpotential ist empfindlich gegenüber der Interaktion. Wachsende Neutrinomassen können die durch die Quintessenzflüssigkeit verursachte Verringerung des Linsenpotentials kompensieren. Es ist daher theoretisch möglich, Einschränkungen für eine mutmaßliche Interaktion zwischen dem Neutrinosektor und einer dynamischen Dunkle-Energie-Komponente zu erhalten.

In Bezug auf zukünftige Arbeiten wäre es lohnenswert, die CMB-Einschränkungen, die die Planck-Daten den Parametern unseres Modells auferlegen, durch präzise Messungen der Anisotropien bei größeren Multipolen (l ≳ 3000) zu ergänzen. Diese kleinen Winkelskalen, die mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden, können Kopplungssignaturen aufdecken, insbesondere wenn die Stärke der Wechselwirkung gering ist [73]. Beispielsweise wurde mithilfe der Hochmultipolbeobachtungen der CMB-Temperatur- und Polarisationsanisotropien des Atacama Cosmology Telescope (ACT) ein Hinweis auf eine nicht verschwindende Kopplung zwischen Neutrinos und Dunkler Materie auf dem Ein-Sigma-Niveau gefunden [74]. Darüber hinaus könnten auch alternative CMB-Daten zum Leistungsspektrum der Linsenwirkung verwendet werden, um das Szenario der Wechselwirkung zwischen Neutrinos und Skalarfeldern, das das Strukturwachstum beeinflusst, weiter einzuschränken [75]. Was die spätzeitlichen Universumssonden für großräumige Strukturen betrifft, wäre es angemessen, die KiDS-Beobachtungen der schwachen Linsenwirkung [76] zu verwenden, um das MaVaN-Modell zu testen, wie im Fall der gekoppelten Dunklen Materie [26].