Extreme Axions được tiết lộ: Thảo luận và công việc trong tương lai

Bảng liên kết

• Tóm tắt và giới thiệu
• phương pháp
• Hiện tượng học
• Thảo luận và công việc trong tương lai
• Phần kết luận
• Lời cảm ơn và tài liệu tham khảo

4. THẢO LUẬN VÀ CÔNG VIỆC TƯƠNG LAI

Mặc dù so sánh với khả năng LSS từ các cuộc khảo sát thiên hà và khả năng CMB đối với quang phổ thấu kính, nhiệt độ và công suất phân cực là đơn giản nhất, nhưng các ràng buộc chặt chẽ nhất hiện nay đối với các trục đến từ các phép đo của rừng Ly-α, vì chúng có thể thăm dò MPS ở quy mô nhỏ hơn nhiều so với khảo sát thiên hà hoặc CMB (Rogers & Peiris 2021). Tuy nhiên, việc so sánh các dự đoán MPS cho các trục cực đoan với dữ liệu từ rừng Ly-α khó khăn hơn vì nó đòi hỏi mô phỏng thủy động lực của cấu trúc phi tuyến quy mô nhỏ, về nguyên tắc có thể phụ thuộc vào hành vi phi tuyến của mô hình trục cực trị. Trong bài viết này, chúng tôi đã sử dụng các ước tính của MPS tuyến tính từ dữ liệu rừng Ly-α, giả định CDM cho quá trình phát triển cấu trúc quy mô nhỏ, nhưng phương pháp này chỉ hợp lệ trong chế độ mật độ trục thấp, trong đó CDM chiếm phần lớn vật chất tối. Một số công việc đã được thực hiện để lập mô hình rừng Ly-α phi tuyến cho các trục cực đoan (Leong và cộng sự 2019), nhưng mô phỏng này rất tốn kém về mặt tính toán. Lý tưởng nhất là cách tiếp cận tốt nhất là đào tạo một trình mô phỏng để tạo ra các dự đoán trục cực đoan của dữ liệu Ly-α, tương tự như những gì đã được thực hiện trong Rogers & Peiris (2021). Khi kết hợp với axionCAMB đã sửa đổi của chúng tôi, điều này có thể cho phép tính toán nhanh và so sánh trực tiếp với dữ liệu rừng Ly-α, điều này sẽ đưa ra những hạn chế mang tính thông tin nhất về hành vi quy mô nhỏ của các mô hình trục cực đoan này. Ngoài ra, việc so sánh trực tiếp với các vật thể quan sát được Ly-α sẽ cho phép chúng tôi sử dụng các khảo sát quang phổ có độ phân giải cao hơn, chẳng hạn như các khảo sát được thực hiện với Keck hoặc VLT Lu et al. (1996); Irsiˇ c và cộng sự. ˇ (2017b).

Các ràng buộc đồng thời chính xác về khối lượng trục, tỷ lệ mật độ và góc bắt đầu sẽ giải quyết một cách định lượng một câu hỏi quan trọng mà cho đến nay chỉ được tiếp cận một cách định tính: cụ thể là mức độ tinh chỉnh cần thiết để các mô hình trục cực đoan này hoạt động. Hình 10 cho thấy có thể đạt được sự phù hợp tốt với dữ liệu với các góc bắt đầu của trục gần với đỉnh, cách nhau dưới 10%. Arvanitaki và cộng sự. (2020) đã đề xuất một mô hình có thể điều khiển trường trục bắt đầu gần cực đại vào thời điểm cực kỳ sớm, nhưng tính hợp lý của những mô hình này sẽ phụ thuộc vào mức độ tinh chỉnh chính xác được yêu cầu. Mức độ tinh chỉnh cần thiết này phụ thuộc vào khối lượng trục và phần mật độ, như thấy trong Hình 9, 10 và 11, và cũng có thể phụ thuộc vào các thông số vũ trụ khác. Với axionCAMB đã được sửa đổi, chúng tôi có thể tạo ra các ước tính về mức độ tinh chỉnh cần thiết cho một loạt các tham số trục và vũ trụ, giúp cung cấp thông tin về tính hợp lý của các mô hình tạo ra các góc bắt đầu gần với π.

Một lĩnh vực khác đáng khám phá là so sánh những hạn chế này với dự báo độ nhạy của các thí nghiệm CMB trong tương lai, chẳng hạn như Đài quan sát Simons và CMB-S4 (Hlozek và cộng sự ˇ 2017; Lee và cộng sự 2019; Dvorkin và cộng sự 2022; Abazajian và cộng sự. 2022). Mặc dù Planck đã bị giới hạn phương sai vũ trụ đối với nhiệt độ ở mức thấp-ℓ, nhưng có thể sẽ có những cải tiến đáng kể được thực hiện bằng một thí nghiệm có độ phân cực tốt hơn và/hoặc dữ liệu-ℓ cao hơn (Aghanim và cộng sự 2016). Ống kính CMB cũng cung cấp khả năng thăm dò DM MPS ở nhiều tỷ lệ (Rogers và cộng sự 2023). Chúng ta cũng có thể thử nghiệm các ràng buộc đồng thời từ nguồn CMB và MPS. Các đầu dò trực tiếp của MPS cũng có thể được sử dụng để hạn chế mô hình trục cực trị, bao gồm Khảo sát năng lượng tối (mà chúng tôi đã sử dụng để hạn chế mô hình trục vani trong Dentler và cộng sự 2022), Euclid (Amendola và cộng sự 2018), JWST ( Parashari & Laha 2023), và Đài quan sát Vera Rubin (Mao và cộng sự 2022).

Cuối cùng, chúng ta có thể thử hạn chế thế năng ngoài hình dạng cosin tiêu chuẩn. Các mô hình đã được đề xuất với các trục có thế bậc bốn, cosin hyperbol hoặc thế đơn hướng (Cembranos và cộng sự 2018; Urena L ˜ opez ´ 2019;Jaeckel và cộng sự 2017). Ngoài ra, các trường vô hướng giống trục với nhiều thế năng khác nhau đã được đề xuất như một thành phần năng lượng tối ban đầu có khả năng làm giảm lực căng của Hubble (Kamionkowski & Riess 2022; Poulin và cộng sự 2023). Sự nhiễu loạn trục trong tất cả các tiềm năng này có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng axionCAMB đã sửa đổi của chúng tôi, vì chức năng tiềm năng được triển khai một cách tổng quát. Yêu cầu duy nhất là điện thế đang được kiểm tra phải đơn giản hóa thành bậc hai ở các giá trị ϕ nhỏ, để phép tính gần đúng DM của hạt có giá trị ở những thời điểm muộn.