暴胀自由性与宇宙学中微子约束

对中微子绝对质量标度最严格的限制来自宇宙学数据。这些限制之所以成为可能，是因为大质量遗迹中微子影响宇宙的膨胀历史，并导致在小于相关自由流动尺度的尺度上物质聚集受到抑制。然而，由此对宇宙学扰动产生的影响是相对于暴胀产生的原初密度扰动功率谱而言的，因此原初功率谱的自由度会影响中微子质量约束。利用宇宙微波背景、星系功率谱和哈勃常数的测量，我们在模型无关的原初功率谱下约束中微子质量和有效种类数。通过一个20节点的样条函数描述原初功率谱，我们发现，如果仅使用CMB数据，中微子质量上限比施加幂律形式时弱三倍。原初功率谱本身在波矢范围$k \approx 0.01 - 0.25$ Mpc$^{-1}$内被约束到优于10%。星系聚类数据和哈勃常数的测定在抑制暴胀自由性对中微子约束的影响方面起着关键作用。同时纳入两者消除了暴胀自由性对中微子质量界限的削弱，给出中微子质量总和$\Sigma m_\nu < 0.18$ eV（95%置信水平，Planck+BOSS+$H_0$），该结果近似独立于所假设的原初功率谱模型。当允许自由的有效种类数$N_{eff}$时，若放弃原初功率谱的幂律形式而采用样条参数化，则对$\Sigma m_\nu$和$N_{eff}$的联合约束放宽1.7倍。