Lockerung der kosmologischen Beschränkungen für aktuelle Neutrinomassen: Zusammenfassung und Einführung

Linktabelle

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

Abstrakt

I. EINLEITUNG

Das Standardmodell des heißen Urknalls sagt voraus, dass das Universum mit einem Hintergrund aus thermischen Reliktneutrinos gefüllt ist, dem sogenannten kosmischen Neutrinohintergrund (CνB), dessen Temperatur und Dichte in der Größenordnung der Photonen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) liegen [1, 2]. Neutrinos werden durch elektroschwache Wechselwirkungen im thermischen Gleichgewicht mit dem Urplasma gehalten, bis die Temperatur des Universums auf T ≃ 1 MeV sinkt. Unterhalb dieser Temperatur entkoppeln sie sich vom thermischen Bad und fließen frei entlang der Geodäten der Raumzeit. Da die Neutrinos bei der Entkopplung noch ultrarelativistisch sind, behalten sie eine relativistische Fermi-Dirac-Verteilung bei, obwohl sie sich nicht mehr im thermischen Gleichgewicht befinden. Da sie nicht der Boltzmann-Exponentialunterdrückung unterliegen, haben wir weitaus mehr Neutrinos, als sonst zu erwarten wäre. Obwohl Reliktneutrinos sehr häufig sind, gibt es noch immer keinen direkten Beweis für ihren Hintergrund, da er bei niedrigem Energieniveau schwer zu erkennen ist, da sie einen sehr kleinen Wirkungsquerschnitt mit Materie haben. Für die CνB liegen nur indirekte Hinweise vor, die hauptsächlich auf Gravitationswechselwirkungen beruhen und für die theoretische Vorhersagen in hervorragender Übereinstimmung mit Beobachtungen der CMB und der großräumigen Struktur stehen.

In dieser Arbeit untersuchen wir, ob es möglich ist, die bestehende kosmologische Obergrenze der Neutrinomasse durch eine mögliche Wechselwirkung zwischen der Neutrinoflüssigkeit und der Dunklen Energiekomponente [11, 12], die durch ein Skalarfeld gegeben ist, zu lockern. Wir betrachten ein Szenario mit massenvariierenden Neutrinos (MaVaN), bei dem die Kopplung zu einer effektiven Neutrinomasse führt, die vom Wert des Felds abhängt [13–21]. Wir verwenden eine minimale Parametrisierung, bei der das Skalarfeld linear von der Anzahl der e-Falten abhängt [22]. Dies begrenzt die Anzahl zusätzlicher Parameter in Bezug auf das Konkordanzmodell und lindert das Problem der Anfangsbedingungen [23] dank des Skalierungsverhaltens des Felds zu frühen Zeitpunkten. Eine solche Parametrisierung wurde im Zusammenhang mit der Prüfung einer Kopplung zwischen Quintessenz und dem elektromagnetischen Sektor sowie Wechselwirkungen zwischen Skalarfeld und Dunkler Materie [24–26] verwendet, jedoch nie im Zusammenhang mit Neutrino-Wechselwirkungen. Indem wir das Modell mit einem speziellen Datensatz testen, der Beobachtungen der CMB, des Strukturwachstums und der Hintergrundausdehnung kombiniert, zeigen wir, dass die Einschränkung der heutigen Masse durch Neutrinos wachsender Masse [27, 28] geschwächt wird, welche im Laufe der kosmischen Zeit Energie aus der Quintessenzkomponente erhalten.

Es wurde ein Mechanismus vorgeschlagen, der das Skalarfeld als frühe Dunkle Energie an die Neutrinos koppelt [29, 30], um die Hubble-Spannung, also die Diskrepanz zwischen den H0 -Bestimmungen von Sonden mit hoher und niedriger Rotverschiebung [9, 31–33], zu verringern. Dieser Mechanismus muss jedoch noch mit kosmologischen Beobachtungen getestet werden. Die Hubble-Spannung ist jedoch nicht Gegenstand dieses Artikels, da die Komponente der frühen Dunklen Energie in unserem Modell nicht ausreicht, um sie zu beeinflussen.