Представлены экстремальные аксионы: обсуждение и будущая работа

Таблица ссылок

• Аннотация и введение
• Методы
• Феноменология
• Обсуждение и будущая работа
• Заключение
• Благодарности и ссылки

4. ОБСУЖДЕНИЕ И БУДУЩАЯ РАБОТА

Хотя сравнение с вероятностями LSS из обзоров галактик и вероятностью реликтового излучения для спектров мощности линзирования, температуры и поляризации является наиболее простым, самые жесткие текущие ограничения на аксионы возникают из измерений леса Ly-α, поскольку они способны исследовать MPS в гораздо меньших масштабах, чем исследования галактик или CMB (Rogers & Peiris, 2021). Однако сравнение прогнозов MPS для экстремальных аксионов с данными из леса Ly-α сложнее, поскольку требует гидродинамического моделирования мелкомасштабной нелинейной структуры, которая в принципе может зависеть от нелинейного поведения модели экстремального аксиона. В этой статье мы использовали оценки линейного MPS по данным леса Ly-α, которые предполагали CDM для эволюции мелкомасштабной структуры, но этот метод действителен только в режиме низкой плотности аксионов, где CDM составляет большую часть темная материя. Была проделана некоторая работа по моделированию нелинейного леса Ly-α для экстремальных аксионов (Леонг и др., 2019), но это моделирование требует больших вычислительных затрат. В идеале лучшим подходом было бы обучить эмулятор производить экстремальные аксионные прогнозы данных Ly-α, аналогично тому, что было сделано в Rogers & Peiris (2021). В сочетании с нашим модифицированным аксионным CAMB это могло бы позволить проводить быстрые вычисления и прямое сравнение с данными о лесах Ly-α, что дало бы наиболее информативные ограничения на мелкомасштабное поведение этих экстремальных аксионных моделей. Кроме того, прямое сравнение с наблюдаемыми Ly-α позволило бы нам использовать спектроскопические исследования с более высоким разрешением, такие как те, которые были проведены Кеком или VLT Lu et al. (1996); Ирсич и др. ˇ (2017б).

Точные одновременные ограничения на массу аксиона, долю плотности и начальный угол позволили бы количественно решить важный вопрос, к которому до сих пор подходили только качественно: а именно, необходимую степень тонкой настройки для работы этих экстремальных моделей аксионов. Рисунок 10 показывает, что хорошего согласия с данными можно достичь, если начальные углы аксионов близки к пику и разделены менее чем на 10%. Арванитаки и др. (2020) предложили модель, которая могла бы заставить аксионное поле начинаться вблизи пика в очень ранние моменты времени, но правдоподобие этих моделей будет зависеть от того, насколько точно потребуется тонкая настройка. Требуемая степень точной настройки зависит от массы и плотности аксиона, как видно на рисунках 9, 10 и 11, а также может зависеть от других космологических параметров. С помощью нашего модифицированного axionCAMB мы могли бы оценить необходимую степень точной настройки для ряда аксионных и космологических параметров, помогая определить правдоподобность этих моделей, которые создают начальные углы, близкие к π.

Еще одна область, которую стоит изучить, — это сравнение этих ограничений с чувствительностью прогнозов будущих экспериментов CMB, таких как обсерватория Саймонса и CMB-S4 (Hlozek et al. ~ 2017; Lee et al. 2019; Dvorkin et al. 2022; Abazajian et al. 2022). Хотя Планк уже ограничен космической дисперсией для температуры при низком ℓ, могут быть сделаны существенные улучшения с помощью эксперимента с лучшей поляризацией и/или данными при высоких ℓ (Aghanim et al. 2016). Линзирование CMB также дает возможность исследовать DM MPS в различных масштабах (Rogers et al. 2023). Мы также могли бы поэкспериментировать с одновременными ограничениями от источников CMB и MPS. Прямые исследования MPS также могут использоваться для ограничения модели экстремального аксиона, включая Исследование темной энергии (которое мы использовали для ограничения модели ванильного аксиона в Дентлере и др., 2022), Евклиде (Амендола и др., 2018), JWST ( Парашари и Лаха, 2023 г.) и Обсерватория Веры Рубин (Мао и др., 2022 г.).

Наконец, мы могли бы попытаться ограничить потенциалы, выходящие за рамки стандартной косинусной формы. Были предложены модели с аксионами, обладающими четвертичным, гиперболическим косинусным или монодромным потенциалом (Cembranos et al. 2018; Urena L ˜opez ´ 2019; Jaeckel et al. 2017). Кроме того, аксионоподобные скалярные поля с различными потенциалами были предложены в качестве раннего компонента темной энергии, потенциально способного ослабить напряжение Хаббла (Kamionkowski & Riess 2022; Poulin et al. 2023). Аксионные возмущения во всех этих потенциалах предположительно могут быть смоделированы с использованием нашего модифицированного axionCAMB, поскольку потенциальная функция реализована в общем виде. Единственное требование состоит в том, чтобы проверяемый потенциал упрощался до квадратичного значения при малых значениях φ, чтобы приближение DM частиц было действительным в поздние времена.