Relajación de las restricciones cosmológicas sobre las masas actuales de neutrinos: debate

Tabla de enlaces

• Resumen e introducción
• Acoplamiento de energía oscura a neutrinos
• Impacto del acoplamiento sobre perturbaciones y observables
• Estimación de parámetros
• Discusión
• Reconocimiento, Apéndice y Referencias

V. DISCUSIÓN

En este estudio, investigamos un modelo de neutrinos con masa variable en el que la masa depende del valor de un campo escalar que representa el componente de energía oscura. La originalidad de nuestro trabajo radica en la elección de la parametrización por quintaesencia, que limita el número de parámetros libres con respecto a otros enfoques como la parametrización CPL o la elección arbitraria de potenciales de campo escalares. Si bien la parametrización es puramente fenomenológica, conduce a la reconstrucción analítica del potencial como una suma de términos exponenciales, lo que convenientemente dota a la energía oscura de propiedades de escala. Hemos introducido dos parámetros libres adicionales con respecto a ΛCDM, β para la fuerza de acoplamiento entre los dos sectores en la ecuación. (2.2) y λ para la evolución lineal del campo en la ecuación. (2.9).

Confirmamos la conjetura de que un escenario de masa de neutrinos creciente relaja el límite superior de la masa de neutrinos actual derivada en el marco del modelo de referencia νΛCDM. Nuestro objetivo era complementar trabajos anteriores, como el estudio de la Ref. [dieciséis]. En este último, uno de los modelos considerados por los autores fue una teoría de neutrinos de masa variable con un acoplamiento constante al campo escalar y un potencial por excelencia en forma de exponencial. A diferencia de nuestro caso, su modelo no muestra ningún comportamiento de seguimiento y sólo permite escenarios de masas cada vez más reducidas. También descubrieron que las observaciones astronómicas no imponen restricciones estrictas al parámetro de acoplamiento. Para limitar el acoplamiento, fijaron la masa del neutrino en valores superiores a 0,1 eV, suponiendo que una masa tan significativa pudiera confirmarse de forma independiente. Alternativamente, en nuestro análisis de probabilidad, establecimos diferentes valores del acoplamiento para limitar la masa actual del neutrino.

Tras el análisis del modelo a nivel de fondo, evaluamos la sensibilidad de varios observables (materia y espectros de potencia de CMB, y potencial de lente de CMB) al acoplamiento, utilizando una versión del código de Boltzmann CLASS que adaptamos al modelo considerado. Descubrimos que las masas crecientes de neutrinos conducen a una menor supresión del poder de la materia de lo previsto por la presencia de un campo escalar que no interactúa. El acoplamiento también afecta a la forma del espectro de potencia del CMB a diferentes escalas, en particular a través del efecto Sachs-Wolf integrado, en paralelo con el efecto del propio parámetro del campo escalar. El potencial de lente CMB es sensible a la interacción. Las crecientes masas de neutrinos pueden compensar la reducción del potencial de lente causada por el fluido quintaesencia. Por lo tanto, es teóricamente posible obtener restricciones sobre una supuesta interacción entre el sector de neutrinos y un componente dinámico de energía oscura.

En lo que respecta al trabajo futuro, valdría la pena complementar las restricciones de CMB que los datos de Planck imponen a los parámetros de nuestro modelo con mediciones precisas de las anisotropías en multipolos más grandes (l ≳ 3000). Estas pequeñas escalas angulares medidas con suficiente precisión pueden revelar firmas de acoplamiento, especialmente cuando la fuerza de la interacción es pequeña [73]. Por ejemplo, se ha encontrado una indicación de acoplamiento permanente entre neutrinos y materia oscura en el nivel uno sigma utilizando las observaciones multipolares altas de la temperatura del CMB y las anisotropías de polarización del Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT) [74]. Además, también se podrían utilizar datos alternativos del CMB sobre el espectro de potencia de la lente para limitar aún más el escenario de interacción neutrino-campo escalar que afecta el crecimiento de la estructura [75]. En cuanto a las sondas de estructuras a gran escala del universo tardío, sería adecuado utilizar las observaciones de lentes débiles de KiDS [76] para probar el modelo MaVaN, como en el caso de la materia oscura acoplada [26].