Relaxando as restrições cosmológicas nas massas atuais de neutrinos: Discussão

Tabela de links

• Resumo e introdução
• Acoplamento de energia escura a neutrinos
• Impacto do Acoplamento em Perturbações e Observáveis
• Estimativa de parâmetros
• Discussão
• Agradecimentos, Apêndice e Referências

V. DISCUSSÃO

Neste estudo, investigamos um modelo de neutrinos com massa variável em que a massa depende do valor de um campo escalar representando o componente da energia escura. A originalidade do nosso trabalho reside na escolha da parametrização por quintessência, que limita o número de parâmetros livres em relação a outras abordagens, como a parametrização CPL ou escolhas arbitrárias de potenciais de campo escalar. Embora a parametrização seja puramente fenomenológica, ela leva à reconstrução analítica do potencial como uma soma de termos exponenciais, o que convenientemente confere à energia escura propriedades de escala. Introduzimos dois parâmetros livres adicionais em relação a ΛCDM, β para a força de acoplamento entre os dois setores na Eq. (2.2) e λ para a evolução linear do campo na Eq. (2.9).

Confirmamos a conjectura de que um cenário crescente de massa de neutrinos relaxa o limite superior da massa atual de neutrinos derivada na estrutura do modelo de linha de base νΛCDM. Nosso objetivo foi complementar trabalhos anteriores, como o estudo da Ref. [16]. Neste último, um dos modelos considerados pelos autores foi uma teoria de neutrinos de massa variável com acoplamento constante ao campo escalar e um potencial quintessencial na forma de um exponencial. Em contraste com o nosso caso, o modelo deles não mostra comportamento de rastreamento e permite apenas cenários de redução de massa. Eles também descobriram que as observações astronômicas não fornecem fortes restrições ao parâmetro de acoplamento. Para restringir o acoplamento, eles fixaram a massa do neutrino em valores superiores a 0,1 eV, assumindo que uma massa tão significativa pudesse ser confirmada de forma independente. Alternativamente, em nossa análise de verossimilhança, definimos diferentes valores de acoplamento para restringir a massa atual do neutrino.

Após a análise do modelo ao nível de fundo, avaliamos a sensibilidade de vários observáveis (espectros de matéria e potência CMB, e potencial de lente CMB) ao acoplamento, utilizando uma versão do código de Boltzmann CLASS que adaptamos ao modelo considerado. Descobrimos que o crescimento das massas de neutrinos leva a menos supressão do poder da matéria do que o previsto pela presença de um campo escalar não interagente. O acoplamento também afeta a forma do espectro de potência CMB em diferentes escalas, em particular através do efeito Sachs-Wolf integrado, em paralelo com o efeito do próprio parâmetro de campo escalar. O potencial de lente CMB é sensível à interação. O crescimento das massas de neutrinos pode compensar a redução no potencial de lente causada pelo fluido quintessência. É, portanto, teoricamente possível obter restrições sobre uma suposta interação entre o setor de neutrinos e um componente dinâmico da energia escura.

No que diz respeito a trabalhos futuros, valeria a pena complementar as restrições do CMB que os dados do Planck colocam nos parâmetros do nosso modelo com medições precisas das anisotropias em multipolos maiores (l ≳ 3000). Estas pequenas escalas angulares medidas com precisão suficiente podem revelar assinaturas de acoplamento, especialmente quando a força da interação é pequena [73]. Por exemplo, uma indicação de acoplamento permanente entre neutrinos e matéria escura no nível de um sigma foi encontrada usando as observações multipolares altas do Telescópio Cosmológico de Atacama (ACT) da temperatura CMB e anisotropias de polarização [74]. Além disso, dados alternativos de CMB no espectro de potência das lentes também poderiam ser usados para restringir ainda mais o cenário de interação neutrino-campo escalar que afeta o crescimento da estrutura [75]. Quanto às sondas de universo tardio de estrutura em grande escala, seria adequado usar as observações de lentes fracas do KiDS [76] para testar o modelo MaVaN, como no caso da matéria escura acoplada [26].