Usando todo o poder do fundo cósmico de micro-ondas para investigar a matéria escura de axions

O fundo cósmico de micro-ondas (CMB) impõe restrições rigorosas aos modelos de matéria escura (DM) e às condições iniciais do Universo. O conjunto completo de dados do Planck é utilizado para testar a possibilidade de que uma fração da DM seja composta por axions ultraleves (ULAs). Isso representa o primeiro uso da lente CMB para testar o modelo de ULA. Não encontramos evidências de um componente ULA na faixa de massa 10-33 ≤ ma ≤ 10-24 eV. Impomos restrições em nível percentual na contribuição da ULA para a DM, melhorando em até um fator de dois em comparação com o uso de anisotropias de temperatura isoladamente. A DM de axions também fornece uma janela de baixa energia para a física da inflação através de perturbações isocurvas. Realizamos a primeira investigação sistemática no espaço de parâmetros da isocurvatura ULA, usando uma função de transferência isocurva precisa em todos os valores de ma. Identificamos precisamente uma 'janela de coexistência' para 10-25 eV ≤ ma ≤ 10-24 eV onde os dados permitem, simultaneamente, uma contribuição de ~10 por cento de ULAs para a DM, e contribuições de ~1 por cento de modos isocurvos e tensorais para a potência do CMB. As ULAs nesta janela (e todas as ULAs mais leves) se mostram consistentes com um grande parâmetro de Hubble inflacionário, HI ~ 1014 GeV. A janela de coexistência será completamente investigada pelas observações propostas do CMB Stage-IV, com precisão aumentada no poder de lente em alta ℓ e polarizações em modos E e B em baixa ℓ. Se existirem ULAs na janela, isso poderá permitir duas medições independentes de HI no CMB usando isocurvaturas e a contribuição tensorial aos modos B.