Starting inflation from inhomogeneous initial conditions with momentum
Starting inflation from inhomogeneous initial conditions with momentum
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从具有动量的非均匀初始条件开始通货膨胀
DOI：
10.1088/1475-7516/2023/10/046
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发表时间：
2022
影响因子：
6.4
通讯作者：
W. East
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maxence Corman;W. East
我们使用数值相对论模拟研究了在非常不均匀的初始条件下宇宙膨胀可能出现的情况。由于求解耦合爱因斯坦约束方程的技术挑战，之前的研究没有考虑动量密度非零的情况。在这里，我们解决这些问题，介绍并比较几种用非齐次标量场和时间导数剖面构造宇宙学初始条件的不同方法。我们在单场和双场暴胀模型中演化出具有很大不均匀性的初始条件。我们研究了初始梯度和动能远大于暴胀能量尺度并且可以形成黑洞的情况，以及初始标量势能相当的情况，例如暴胀发生在接近普朗克密度的情况下，发现大场暴胀通常是稳健的。我们考虑初始条件的例子，其中朝向非暴胀值的大标量场速度将阻止在均匀情况下发生暴胀，发现在标量场中添加大梯度实际上可以稀释这种效应，增加膨胀和不消失的恢复力导致暴胀。
We investigate the circumstances under which cosmic inflation can arise from very inhomogeneous initial conditions using numerical relativity simulations. Previous studies have not considered cases with non-zero momentum density due to technical challenges with solving the coupled Einstein constraint equations. Here we address these, introducing and comparing several different ways of constructing cosmological initial conditions with inhomogeneous scalar field and time derivative profiles. We evolve such initial conditions with large inhomogeneities in both single- and two-field inflationary models. We study cases where the initial gradient and kinetic energy are much larger than the inflationary energy scale, and black holes can form, as well as cases where the initial scalar potential energy is comparable, as in scenarios where inflation occurs at nearly Planckian densities, finding large-field inflation to be generally robust. We consider examples of initial conditions where a large scalar field velocity towards non-inflationary values would prevent inflation from occurring in the homogeneous case, finding that the addition of large gradients in the scalar field can actually dilute this effect, with the increased expansion and non-vanishing restoring force leading to inflation.
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