引力作为再加热、 leptogenesis 与暗物质的门户

我们展示了一个最小情景，仅利用引力子作为暴胀子、暗 sector 与标准模型（SM）之间的中间信使，便能同时产生观测到的暗物质（DM）遗迹密度、通过 leptogenesis 产生的重子不对称性，以及暴胀后足够热的热浴。我们假设暴胀子势形式为 $V(\phi)\propto \phi^k$（关于暴胀结束时的极小值）。通过最小引力相互作用实现再加热的可能性，已因暴胀产生的过量引力波及暗辐射的约束而被排除。因此我们以几种方式扩展最小模型：i) 考虑非最小引力耦合——这指向 DM 质量参数范围 $M_{N_1} \simeq 2-10$ PeV、右手中微子质量 $M_{N_2} \simeq (5-20) \times 10^{11}$ GeV，以及 $T_\text{rh} \lesssim 3 \times 10^5$ GeV（对 $k \le 20$）；ii) 当 DM 与 SM 有直接但微小的 Yukawa 耦合时，我们对 IceCube 观测到的 PeV 超出提出解释；iii) 我们还提出一个新情景，其中 DM 的引力产生是两步过程，先产生两个标量，再衰变到费米子 DM 末态。此情形下，无螺旋度压低增强了 DM 与重子不对称性的产生，并允许参数有很宽范围，包括低于 MeV 的暗物质质量，此时暗物质的温性可由宇宙 21-cm 谱线观测到，即便引力相互作用负责再加热。我们还表明，可探测的原初引力波信号为在未来实验（如 BBO、DECIGO、CE 和 ET）中探测该情景提供了机会，对应 $T_\text{rh}\lesssim 5\times 10^6$ GeV。