Магнетогенезис у моделі природної інфляції
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.8.673Ключові слова:
natural inflation, magnetogenesis, kinetic coupling, large-scale magnetic fieldsАнотація
Дослiджено процес iнфляцiйного магнетогенезису у моделi природної iнфляцiї з одним полем, параметри якої вибрано згiдно з даними нещодавнiх спостережень Колаборацiї Planck [1]. Конформну iнварiантнiсть максвеллiвської дiї порушено кiнетичним зв’язком з iнфлатонним полем через функцiю, яка поводить себе як степiнь масштабного фактора, I(ф) ∝ aa, i значення a < 0 використано для того,
щоб уникнути проблеми сильного зв’язку. Для таких значень a електрична компонента густини енергiї домiнує над магнiтною i для a <- −2,2 вона призводить до сильної зворотної реакцiї, що може порушити iнфляцiйну динамiку i припинити пiдсилення магнiтного поля. Показано, що магнiтнi поля, згенерованi без спричинення зворотної реакцiї, не можуть перевищувати в теперiшню епоху ∼ 10−20 Гс, а їхнiй спектр має блакитний ухил.
Посилання
<li>P.A.R. Ade et al. (Planck Collaboration). Planck 2015 results. XX. Constraints on inflation. Astron. Astrophys. 594, A20 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525898">https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525898</a>">https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525898">https://doi.org/10.1051/0004-6361/201525898</a></a>
</li>
<li>P.P. Kronberg. Extragalactic magnetic fields. Rep. Prog. Phys. 57, 325 (1994).
<a href="https://doi.org/10.1088/0034-4885/57/4/001">https://doi.org/10.1088/0034-4885/57/4/001</a>
</li>
<li>D. Grasso, H.R. Rubinstein. Magnetic fields in the early universe. Phys. Rep. 348, 163 (2001).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0370-1573(00)00110-1">https://doi.org/10.1016/S0370-1573(00)00110-1</a>
</li>
<li>L.M. Widrow. Origin of galactic and extragalactic magnetic fields. Rev. Mod. Phys. 74, 775 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.775">https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.775</a>
</li>
<li>M. Giovannini. The magnetized universe. Int. J. Mod. Phys. D 13, 391 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1142/S0218271804004530">https://doi.org/10.1142/S0218271804004530</a>
</li>
<li>A. Kandus, K.E. Kunze, C. G. Tsagas. Primordial magnetogenesis. Phys. Rep. 505, 1 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.physrep.2011.03.001">https://doi.org/10.1016/j.physrep.2011.03.001</a>
</li>
<li>R. Durrer, A. Neronov. Cosmological magnetic fields: their generation, evolution and observation. Astron. Astrophys. Rev. 21, 62 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1007/s00159-013-0062-7">https://doi.org/10.1007/s00159-013-0062-7</a>
</li>
<li>K. Subramanian. The origin, evolution and signatures of primordial magnetic fields. Rep. Prog. Phys. 79, 076901 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/7/076901">https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/7/076901</a>
</li>
<li>D.R. Sutton, C. Feng, C.L. Reichardt. Current and future constraints on primordial magnetic fields. Astrophys. J. 846, 164 (2017).
<a href="https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa85e2">https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa85e2</a>
</li>
<li> K. Jedamzik, A. Saveliev. A stringent limit on primordial magnetic fields from the cosmic microwave backround radiation. arXiv:1804.06115 [astro-ph.CO].
</li>
<li> A. Neronov, I. Vovk. Evidence for strong extragalactic magnetic fields from Fermi observations of TeV blazars. Science 328, 73 (2010).
<a href="https://doi.org/10.1126/science.1184192">https://doi.org/10.1126/science.1184192</a>
</li>
<li> F. Tavecchio, G. Ghisellini, L. Foschini et al. The intergalactic magnetic field constrained by Fermi/LAT observations of the TeV blazar 1ES 0229+200. Mon. Not. R. Astron. Soc. 406, L70 (2010).
</li>
<li> A.M. Taylor, I. Vovk, A. Neronov. Extragalactic magnetic fields constraints from simultaneous GeV-TeV observations of blazars. Astron. Astrophys. 529, A144 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1051/0004-6361/201116441">https://doi.org/10.1051/0004-6361/201116441</a>
</li>
<li> C. Caprini, S. Gabici. Gamma-ray observations of blazars and the intergalactic magnetic field spectrum. Phys. Rev. D 91, 123514 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.91.123514">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.91.123514</a>
</li>
<li> L. Biermann. ? Uber den ursprung der magnetfelder auf sternen und im interstellaren raum. (About the origin of the magnetic fields on stars and in the interstellar space). Z. Naturforsch. A 5, 65 (1950).
</li>
<li> Ya.B. Zeldovich, A.A. Ruzmaikin, D.D. Sokoloff. Magnetic Fields in Astrophysics (Gordon and Breach, 1990) [ISBN: 978-0677223308].
</li>
<li> H. Lesch, M. Chiba. Protogalactic evolution and magnetic fields. Astron. Astrophys. 297, 305 (1995).
</li>
<li> R. Kulsrud, S.C. Cowley, A.V. Gruzinov et al. Dynamos and cosmic magnetic fields. Phys. Rep. 283, 213 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0370-1573(96)00061-0">https://doi.org/10.1016/S0370-1573(96)00061-0</a>
</li>
<li> S.A. Colgate, H. Li. The origin of the magnetic fields of the universe: The plasma astrophysics of the free energy of the universe. Phys. Plasmas 8, 2425 (2001).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.1351827">https://doi.org/10.1063/1.1351827</a>
</li>
<li> M.J. Rees. The origin and cosmogonic implications of seed magnetic fields. Quarterly J. R. Astr. Soc. 28, 197 (1987).
</li>
<li> R.A. Daly, A. Loeb. A possible origin of galactic magnetic fields. Astrophys. J. 364, 451 (1990).
<a href="https://doi.org/10.1086/169429">https://doi.org/10.1086/169429</a>
</li>
<li> T.A. En?lin, P.L. Biermann, P.P. Kronberg et al. Cosmicray protons and magnetic fields in clusters of galaxies and their cosmological consequences. Astrophys. J. 477, 560 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1086/303722">https://doi.org/10.1086/303722</a>
</li>
<li> S. Bertone, C. Vogt, T. En?lin. Magnetic field seeding by galactic winds. Mon. Not. R. Astron. Soc. 370, 319 (2006).
<a href="https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2006.10474.x">https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2006.10474.x</a>
</li>
<li> M.S. Turner, L.M. Widrow. Inflation-produced, large-scale magnetic fields. Phys. Rev. D 37, 2743 (1988).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.37.2743">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.37.2743</a>
</li>
<li> B. Ratra. Cosmological "seed" magnetic field from inflation. Astrophys. J. 391, L1 (1992).
<a href="https://doi.org/10.1086/186384">https://doi.org/10.1086/186384</a>
</li>
<li> C.J. Hogan. Magnetohydrodynamic effects of a first-order cosmological phase transition. Phys. Rev. Lett. 51, 1488 (1983).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.1488">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.1488</a>
</li>
<li> J.M. Quashnock, A. Loeb, D.N. Spergel. Magnetic field generation during the cosmological QCD phase transition. Astrophys. J. 344, L49 (1989).
<a href="https://doi.org/10.1086/185528">https://doi.org/10.1086/185528</a>
</li>
<li> T. Vachaspati. Magnetic fields from cosmological phase transitions. Phys. Lett. B 265, 258 (1991).
<a href="https://doi.org/10.1016/0370-2693(91)90051-Q">https://doi.org/10.1016/0370-2693(91)90051-Q</a>
</li>
<li> B.-L. Cheng, A.V. Olinto. Primordial magnetic fields generated in the quark – hadron transition. Phys. Rev. D 50, 2421 (1994).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.2421">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.2421</a>
</li>
<li> G. Sigl, A.V. Olinto, K. Jedamzik. Primordial magnetic fields from cosmological first order phase transitions. Phys. Rev. D 55, 4582 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.55.4582">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.55.4582</a>
</li>
<li> J. Ahonen, K. Enqvist. Magnetic field generation in first order phase transition bubble collisions. Phys. Rev. D 57, 664 (1998).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.57.664">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.57.664</a>
</li>
<li> V.F. Mukhanov, G.V. Chibisov. Quantum fluctuations and a nonsingular universe. JETP Lett. 33, 532 (1981).
</li>
<li> S.W. Hawking. The development of irregularities in a single bubble inflationary universe. Phys. Lett. B 115, 295 (1982).
<a href="https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90373-2">https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90373-2</a>
</li>
<li> A.A. Starobinsky. Dynamics of phase transition in the new inflationary universe scenario and generation of perturbations. Phys. Lett. B 117, 175 (1982).
<a href="https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90541-X">https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90541-X</a>
</li>
<li> A.H. Guth, S.Y. Pi. Fluctuations in the new inflationary Universe. Phys. Rev. Lett. 49, 1110 (1982).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.49.1110">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.49.1110</a>
</li>
<li> J.M. Bardeen, P.J. Steinhardt, M.S. Turner. Spontaneous creation of almost scale-free density perturbations in an inflationary universe. Phys. Rev. D 28, 679 (1983).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.28.679">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.28.679</a>
</li>
<li> L.P. Grishchuk. Amplification of gravitational waves in an isotropic universe. Sov. Phys. JETP 40, 409 (1975).
</li>
<li> A.A. Starobinsky. Spectrum of relict gravitational radiation and the early state of the Universe. JETP Lett. 30, 682 (1979).
</li>
<li> V.A. Rubakov, M.V. Sazhin, A.V. Veryaskin. Graviton creation in the inflationary Universe and the grand unification scale. Phys. Lett. B 115, 189 (1982).
<a href="https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90641-4">https://doi.org/10.1016/0370-2693(82)90641-4</a>
</li>
<li> L. Parker. Particle creation in expanding universes. Phys. Rev. Lett. 21, 562 (1968).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.21.562">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.21.562</a>
</li>
<li> A.D. Dolgov. Breaking of conformal invariance and electromagnetic field generation in the universe. Phys. Rev. D 48, 2499 (1993).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.48.2499">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.48.2499</a>
</li>
<li> M. Gasperini, M. Giovannini, G. Veneziano. Primordial magnetic fields from string cosmology. Phys. Rev. Lett. 75, 3796 (1995).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.3796">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.3796</a>
</li>
<li> M. Giovannini. Magnetogenesis and the dynamics of internal dimensions. Phys. Rev. D 62, 123505 (2000).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.62.123505">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.62.123505</a>
</li>
<li> K. Atmjeet, I. Pahwa, T.R. Seshadri et al. Cosmological magnetogenesis from extra-dimensional Gauss–Bonnet gravity. Phys. Rev. D 89, 063002 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.89.063002">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.89.063002</a>
</li>
<li> M. Giovannini. On the variation of the gauge couplings during inflation. Phys. Rev. D 64, 061301 (2001).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.64.061301">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.64.061301</a>
</li>
<li> K. Bamba, J. Yokoyama. Large scale magnetic fields from inflation in dilaton electromagnetism. Phys. Rev. D 69, 043507 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.69.043507">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.69.043507</a>
</li>
<li> J. Martin, J. Yokoyama. Generation of large-scale magnetic fields in single-field inflation. J. Cosmol. Astropart. Phys. 01, 025 (2008).
</li>
<li> V. Demozzi, V.M. Mukhanov, H. Rubinstein. Magnetic fields from inflation. J. Cosmol. Astropart. Phys. 08, 025 (2009).
</li>
<li> S. Kanno, J. Soda, M. Watanabe. Cosmological magnetic fields from inflation and backreaction. J. Cosmol. Astropart. Phys. 12, 009 (2009).
</li>
<li> R.J.Z. Ferreira, R.K. Jain, M.S. Sloth. Inflationary magnetogenesis without the strong coupling problem. J. Cosmol. Astropart. Phys. 10, 004 (2013).
</li>
<li> R.J.Z. Ferreira, R.K. Jain, M.S. Sloth. Inflationary magnetogenesis without the strong coupling problem II: Constraints from CMB anisotropies and B-modes. J. Cosmol. Astropart. Phys. 06, 053 (2014).
</li>
<li> S. Vilchinskii, O. Sobol, E.V. Gorbar et al. Magnetogenesis during inflation and preheating in the Starobinsky model. Phys. Rev. D 95, 083509 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.083509">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.083509</a>
</li>
<li> J. Martin, C. Ringeval, V. Vennina. Encyclop?dia inflationaris. Phys. Dark Universe 5–6, 75 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.dark.2014.01.003">https://doi.org/10.1016/j.dark.2014.01.003</a>
</li>
<li> K. Freese, J.A. Frieman, A.V. Olinto. Natural inflation with pseudo Nambu-Goldstone bosons. Phys. Rev. Lett. 65, 3233 (1990).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.3233">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.3233</a>
</li>
<li> F.C. Adams, J.R. Bond, K. Freese et al. Natural inflation: Particle physics models, power-law spectra for large-scale structure, and constraints from the Cosmic Background Explorer. Phys. Rev. D 47, 426 (1993).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.47.426">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.47.426</a>
</li>
<li> J.E. Kim, H.P. Nilles, M. Peloso. Completing natural inflation. J. Cosmol. Astropart. Phys. 01, 005 (2005).
</li>
<li> A.R. Liddle, P. Parsons, J.D. Barrow. Formalizing the slow roll approximation in inflation. Phys. Rev. D 50, 7222 (1994).
<a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.7222">https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.7222</a>
</li>
<li> D.S. Gorbunov, V.A. Rubakov. Introduction to the Theory of the Early Universe: Cosmological Perturbations and Inflationary Theory (World Scientific, 2011) [ISBN 978-981-4322-22-5].
</li>
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.