Nới lỏng các ràng buộc vũ trụ học đối với khối lượng neutrino hiện tại: Tóm tắt và Giới thiệu

Bảng liên kết

• Tóm tắt và giới thiệu
• Kết hợp năng lượng tối với neutrino
• Tác động của khớp nối đối với nhiễu loạn và quan sát được
• Ước tính tham số
• Cuộc thảo luận
• Lời cảm ơn, Phụ lục và Tài liệu tham khảo

trừu tượng

I. GIỚI THIỆU

Mô hình Big Bang nóng tiêu chuẩn dự đoán rằng Vũ trụ chứa đầy một nền neutrino tàn dư nhiệt, gọi là nền neutrino vũ trụ (CνB), với nhiệt độ và mật độ cỡ photon nền vi sóng vũ trụ (CMB) [1, 2 ]. Neutrino được giữ ở trạng thái cân bằng nhiệt với plasma nguyên thủy bằng tương tác điện yếu cho đến khi nhiệt độ của Vũ trụ giảm xuống T ≃ 1 MeV. Dưới nhiệt độ này, chúng tách khỏi bể nhiệt và chảy tự do dọc theo đường trắc địa của không thời gian. Vì các neutrino vẫn có tính siêu tương đối khi chúng tách rời, nên chúng vẫn giữ được phân bố Fermi-Dirac tương đối tính mặc dù chúng không còn ở trạng thái cân bằng nhiệt nữa. Không bị ảnh hưởng bởi sự triệt tiêu hàm mũ Boltzmann, chúng ta có nhiều neutrino hơn nhiều so với những gì người ta mong đợi. Mặc dù neutrino tàn tích rất phong phú nhưng vẫn không có bằng chứng trực tiếp nào về nền tảng của chúng vì khó phát hiện ở mức năng lượng thấp, vì chúng có tiết diện rất nhỏ với vật chất. Chỉ có bằng chứng gián tiếp về CνB, chủ yếu thông qua các tương tác hấp dẫn, trong đó các dự đoán lý thuyết rất phù hợp với các quan sát về CMB và cấu trúc quy mô lớn.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu xem liệu có thể nới lỏng giới hạn trên của vũ trụ hiện có đối với khối lượng neutrino thông qua khả năng tương tác giữa chất lỏng neutrino và thành phần năng lượng tối [11, 12] do trường vô hướng tạo ra hay không. Chúng tôi xem xét một kịch bản neutrino khối lượng thay đổi (MaVaN), trong đó sự ghép nối dẫn đến khối lượng neutrino hiệu dụng phụ thuộc vào giá trị của trường [13–21]. Chúng tôi sử dụng tham số hóa tối thiểu trong đó trường vô hướng phụ thuộc tuyến tính vào số lượng nếp gấp điện tử [22]. Nó giới hạn số lượng tham số bổ sung đối với mô hình phù hợp và giảm bớt vấn đề về điều kiện ban đầu [23] nhờ vào hành vi chia tỷ lệ của trường ở thời điểm đầu. Sự tham số hóa như vậy đã được sử dụng trong bối cảnh thử nghiệm sự kết hợp giữa tinh chất và khu vực điện từ, và trường vô hướng – tương tác vật chất tối [24–26], nhưng chưa bao giờ được sử dụng trong bối cảnh tương tác neutrino. Bằng cách kiểm tra mô hình với một tập dữ liệu cụ thể kết hợp các quan sát về CMB, sự phát triển cấu trúc và sự giãn nở nền, chúng tôi cho thấy ràng buộc về khối lượng ngày nay bị suy yếu bởi các neutrino có khối lượng đang tăng dần [27, 28] nhận năng lượng từ thành phần tinh chất theo thời gian vũ trụ.

Một cơ chế kết hợp trường vô hướng, như năng lượng tối ban đầu, với neutrino đã được đề xuất [29, 30] để giảm bớt lực căng Hubble, tức là sự khác biệt giữa các phép xác định H 0 của các đầu dò dịch chuyển đỏ cao và thấp [9, 31–33 ], nhưng nó vẫn còn phải được kiểm tra bằng các quan sát vũ trụ. Tuy nhiên, lực căng Hubble không phải là chủ đề của bài viết này, vì thành phần năng lượng tối ban đầu trong mô hình của chúng ta không đủ để ảnh hưởng đến nó.