極限アクシオンの解明: 宇宙論モデリングのための新しい流体アプローチ - 現象学

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3. 現象学

3.1. アクシオン背景変数の変化

3.2. 物質パワースペクトルシグネチャ

背景流体変数のこれらの変化は MPS にも影響を及ぼし、これが Ly-α フォレストで見られる宇宙論的観測量をもたらします。このセクションでは、アクシオン質量、開始角度、アクシオン DM 割合が MPS に与える影響について説明し、その結果を、セクション 2.6 で説明した eBOSS DR14 Ly-α フォレスト データと ΛCDM モデルを使用して推定された線形 MPS と比較します。Ly-α フラックス パワー スペクトルの完全な流体力学的シミュレーションを行っているのではなく、Lyα フォレスト データを使用して推定された z = 0 線形物質パワー スペクトルを使用していることに注意してください。この推定にはいくつかの制限があります。Ly-α パワー スペクトルの線形化と z = 0 への進化は、どちらも純粋な CDM 物理を前提としています。さらに、これらの推定値は、非線形流体力学を記述する多数の天体物理学的パラメータを限界値としており、宇宙論的パラメータとアクシオンパラメータの両方で非自明な退化がある可能性があり、Ly-α フォレストデータとの堅牢な比較でより徹底的に調査する必要がある。したがって、この比較は定量的に堅牢であると考えるのではなく、極端なアクシオンがバニラアクシオンモデルに対する以前の Ly-α フォレスト制約をどのように、どこで緩和できるかを定性的に実証するものと見なすべきである。

図 7 は、低および高アクシオン開始角度の両方について、物質パワースペクトルがアクシオン質量にどのように依存するかを示しており、これも eBOSS DR14 Ly-α フォレストデータと重ねて表示されています。アクシオン質量は、低角度のバニラアクシオンの物質パワースペクトルのカットオフスケールを変え、低質量のアクシオンは、Hlozek ら (2015) と一致して、より大きなスケール (より低い k 値) でパワーが低下します。アクシオン質量は、エクストリームアクシオンの物質パワースペクトルの増強が発生するスケールも変えます。バニラアクシオンカットオフと同様に、エクストリームアクシオン増強は、より低いアクシオン質量に対して、より大きなスケール (より小さな k 値) で発生します。2 つの効果は同期しているようで、バニラカットオフとエクストリーム増強の両方で k が同様にシフトしています。 eBOSS DR14 Ly-α フォレスト データをモデルと比較すると、より小さなスケールでの測定により、より高い質量でバニラ アクシオン モデルとエクストリーム アクシオン モデルの両方を制限できることがわかります。

図 8 は、2 つの質量と固定された極端な開始角度に対して、MPS がアクシオン分率にどのように依存するかを示しています。予想どおり、アクシオン分率が低いほど MPS は CDM ソリューションに収束します。これは、十分に低いアクシオン DM 分率では、極端なアクシオン モデルは制約を受けないことを示唆しています。

3.3. MPSのLy-α森林推定値との比較

最大尤度と自由パラメータの数が異なる複数の異なるモデルを比較するには、次式で表される赤池情報量基準を使用すると便利です。