迈向谱跑动的测量

单场慢滚暴胀预言了近无标度的扰动功率谱，正如当前宇宙学实验可及尺度上所观测到的那样。该谱略红，显示倾斜$(1-n_s)\sim 0.04$。这一倾斜的直接后果是非零跑动$\alpha_s=\mathrm d n_s/\mathrm d\log k$和$\beta_s=\mathrm d\alpha_s/\mathrm d\log k$，在最小暴胀场景中它们应分别达到$10^{-3}$和$10^{-5}$的绝对值。本工作中，我们计算未来巡天能多好地测量这两个跑动。我们考虑一个Stage-4 (S4) CMB实验，并表明它将能够探测到$\alpha_s$相对暴胀预言的显著偏离，尽管不能探测$\beta_s$。在S4 CMB实验上添加WFIRST类或DESI类巡天的信息，分别将跑动的灵敏度提高约20%和30%。拥有十亿天体的光谱巡天，如SKA，将向S4测量添加足够信息，以允许探测$\alpha_s=10^{-3}$，这是探查单场慢滚暴胀范式所必需的。我们表明，只有针对暗时代的非常未来的干涉仪将能够测量$\beta_s$的最小暴胀预言。其他探针的结果，如LIGO可观测的引力波随机背景、Ly-$\alpha$森林和谱畸变，给出以作比较。最后，我们研究了一些声称，即如果外推至最小尺度，大的$\beta_s$值可产生数十太阳质量的原初黑洞，我们显示这很容易被S4 CMB实验检验。