Evaluando las Predicciones de la Inflación de Campo Sencillo de Rodado Lento (SFSR, Single Field, Slow Roll)

viernes, 4 de febrero de 2011


Planicie

La contribución esperada de la curvatura de la inflación es determinada por la amplitud de las fluctuaciones de la densidad a gran escala Ωk≈10-5-10-4. La combinación de las mediciones del CMB por el Planck con las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO, Baryon Acoustic Oscillations), las mediciones de distancia de las galaxias con alto desplazamiento al rojo y los estudios en el renglón de los 21 cm, pueden mejorar las restricciones en la curvatura del Universo por dos órdenes de magnitud de los límites actuales de Ωk≈10-2. Esos valores pueden ser alcanzados también por la medición de la fuerza débil del CMB con una resolución angular alta, en un experimento de polarización del CMB de alta sensibilidad. Las observaciones en la década por venir podrían permitir el análisis directo de esta predicción inflacionaria clave (Figura 1).

Figura 1.El CMB cosmológico y las observaciones LSS pueden revelar información clave acerca de la forma y amplitud de la potencial inflación. La inflación ocurre mientras el gradiente de potencial es pequeño, como el campo escalar lentamente desenrolla el potencial. Cuando el gradiente del campo es demasiado grande, en φend, la inflación termina. Las fluctuaciones cuánticas en el campo escalar, δφ, son sensibles a la forma del potencial. Esto se ‘congelan’ durante la inflación y se ‘imprime una instantánea’ en el φCMB en la temperatura y polarización del CMB y la distribución de las galaxias y los cúmulos de galaxias. La amplitud del CMB en polarización modo-B es sensible al cambio en φ (Δφ) durante la inflación. Se muestran dos ejemplos de los potenciales de inflación del SFSR: (Izquierda) El campo pequeño, ΔφMp. Para los modelos del campo grande esta señal primordial podría ser medida.
Crédito: American Institute of Phisycs. D. Baumman et Al.


Espectro de potencia escalar

El mecanismo por el cual se generó la estructura en el Universo naciente es restringido por espectro de potencia lineal de las fluctuaciones. En las escalas espaciales observables más grandes, el CMB proporciona la ventana más clara hacia la inflación. El satélite Planck debe darnos una mejora en el orden de magnitud en la medición de la pendiente del espectro de potencia primordial y su escala dependiente, ambas mediciones a 10-3 dentro de los primeros años de esta década. En la escalas angulares más pequeñas que esas accesibles con el Planck, el efecto cinemático Sunyaev-Zel’dovich (SZ) debido a la dispersión de electrones en movimiento con un inicio pequeño de desplazamiento al rojo para dominar las fluctuaciones de temperatura, por lo tanto oscureciendo la información del espectro primordial.

Más allá de las mejoras en la caracterización del espectro de potencia que vendrán de una combinación de los mapas de polarización del CMB y los estudios del LSS a escalas de pocos megaparsecs (Mpc), una variedad de observaciones LSS nos darán una riqueza de información acerca del espectro de potencia de las fluctuaciones en el Universo primario a través de una imagen 3D (Tridimensional) de la distribución de la materia extendida a pequeñas e inaccesibles escalas para el CMB. En la actualidad, solo 10-6 de los modos lineares espaciales en el Universo observable han sido medidos (El número de modos independientes en el Universo visible es el volumen del Universo observable dividido por el volumen de la escala de medición más pequeña. El número de modos es una medida de la cantidad de información acerca de las condiciones iniciales accesibles a los experimentos). El estudio de la galaxia en volúmenes grandes puede ser inspeccionado en modos de salida de 108 a 109 para el desplazamiento al rojo z<2, caracterizando el espectro de potencia de materia lineal con incertidumbres estadísticas que se aproximen al límite de varianza cósmica.

La señal de 21 cm no se ha sido analizada aún como una prueba cosmológica, pero ofrece la posibilidad para medir el espectro de materia potencial de z>6 hacia escalas de Mpc (Y posiblemente más pequeñas), con esos modos en el régimen lineal como el desplazamiento al rojo. Estas observaciones tienen la posibilidad de detectar modos lejanos que son solo accesibles en el CMB.

Las observaciones del desplazamiento al rojo en la emisión de 21 cm en z>20 pueden ser extremadamente retadoras; las observaciones más bajas de la emisión de 21 cm, probaron la Época de Reionización (EoR, Epoch of Reionization), siendo un primer paso importante. Estas observaciones ayudaron a delinear una historia ‘perfecta’ del Universo desde las perturbaciones primordiales establecidas por la inflación para la diversidad de estrellas, galaxias y cúmulos que se observan en el Universo actual.

Ondas Gravitatorias.

Las ondas gravitatorias producen una señal característica en modo-B en el CMB que podría proporcionar el método más prometedor para detectar el ‘arma humeante’ de la inflación. Los diferentes modelos inflacionarios predicen amplitudes diferentes para r, el radio de las fluctuaciones de las ondas gravitatorias para las fluctuaciones escalares Si el fondo de IGW es detectado, se pueden obtener análisis adicionales de las relaciones de consistencia inflacionaria por la medición del espectro.


Los experimentos basados en tierra y con globos con alta sensibilidad pero con resolución angular modesta podrían detectar una amplitud IGW de r≈0.01. La medición de r<0.01 podría requerir una proporción alta de señal-ruido una resolución angular mejor tanto en temperatura como en polarización para separar los modos-B primordiales de aquellos inducidos. Dado que un rango espectral amplio será probablemente esencial para la remoción de los primeros planos galácticos, una inspección dedicada al espacio basado en el modo-B requerirá la obtención de valores de r≈10-4 – 10-3, requeridos para acceder al parámetro completo del espacio implicado por la escala de inflación GUT. Tal experimento podría también proporcionar una riqueza de otra información extremadamente invaluable, el cual restringiría la escala pequeña del espectro de materia potencial en desplazamientos intermedios al rojo. Estas mediciones serán útiles para realizar análisis posteriores de la inflación, restringiendo las masas de los neutrinos, estudiando los efectos de la energía oscura y determinando los parámetros cosmológicos con mayor precisión.

Para Saber Más:

Daniel Baumann et al.

Spectral Measurements of the Sunyaev-Zel'dovich Effect
Bradford Adam Benson

Magnetic Fields and Sunyaev-Zel'dovich effect in galaxy clusters
Rajesh Gopal & Suparna Roychowdhury

Sunyaev-Zel'dovich cluster profiles measured with the South Pole telescope
T. Plagge et al.

The simulated 21 cm signal during the EoR.
Sunghye BAEK

Visualizations of the redshift 21cm signal (WMAP3)
Garrelt Mellema

A Constraint on the 21-cm signal at Z=20 from VLA Observations
Katie M. Chynoweth, Joe Helmboldt, Joseph Lazio

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