振荡子预加热模型中广义相对论效应的研究

来源 :中国科学技术大学 |
暴胀结束时,宇宙处于温度非常低的状态,需要通过再加热过程过渡到传统的热大爆炸。而再加热的开始阶段可能通过预加热的形式发生,预加热阶段由于参数共振等原因是一个高度非微扰的过程,可以伴随产生非常丰富的物理现象
暴胀结束时,宇宙处于温度非常低的状态,需要通过再加热过程过渡到传统的热大爆炸。而再加热的开始阶段可能通过预加热的形式发生,预加热阶段由于参数共振等原因是一个高度非微扰的过程,可以伴随产生非常丰富的物理现象。当前观测数据表明,暴胀场的势能应该非常平坦。在这样的势能下,预加热过程中可能会产生出大量的称为振荡子的局域场构型(振荡子为一类非拓扑准孤立子),并伴随产生出早期宇宙随机引力波背景。振荡子预加热模型在平直的Friedmann-Lema(?)tre-Robertson-Walker(FLRW)背景下的演化行为已经得到了广泛的研究。本论文在数值相对论的框架下,考虑完整的广义相对论的修正,系统地研究了一类振荡子预加热模型的演化及其随机引力波背景的产生过程。通过与FLRW背景下的对应模拟结果的比较,我们仔细分析广义相对论修正对模型参数的依赖关系,探讨强引力效应以及度规与暴胀场的非线性耦合对振荡子形成及演化过程的影响。我们发现,在某些模型参数区域内,即当预加热过程中的参数共振较弱时,广义相对论效应修正会非常显著,这些修正会导致更多且更加致密的振荡子产生。并且当这些修正足够强时,振荡子内的强引力效应使得振荡子能量密度不断增加,并最终塌缩形成黑洞。然后,我们在数值相对论框架下研究了振荡子预加热过程中的引力波产生,并计算了在不同模型参数下的引力波功率谱。通过与FLRW背景下的微扰领头阶的结果的比较,我们发现,以往基于FLRW背景计算的引力波功率谱在很大的参数空间内是很好的近似。但是,当预加热过程中的参数共振较弱时,广义相对论的修正会变得比较显著,此时,考虑完整数值相对论得到引力波功率谱会有显著的增强。我们也讨论了非微扰层次上引力波能谱对规范的依赖关系。我们发现,推广的辐射规范以及1+log规范可以显著降低引力波功率谱中的规范任意性,相比同步规范,它们是利用数值相对论研究振荡子预加热中引力波产生的较合适规范。
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