Large curvature fluctuations from no-scale supergravity with a spectator field
Abstract: We investigate the large curvature perturbations which can lead to the formation of primordial black holes (PBHs) in the context of no-scale supergravity. Our study does not depend on any exotic scenario, such as scalar potentials with inflection points or bulks, and aims to avoid the fine-tuning of model parameters to achieve the formation of PBHs. This formation relies on the quantum fluctuations of a light spectator stochastic field after the inflationary period. Our analysis is based on the SU(2,1)/SU(2)$\times$U(1) symmetry, considering both the inflaton and the spectator field. Specifically, we examine existing no-scale models with Starobinsky-like scalar potentials that are consistent with observable constraints on inflation from measurements of the cosmic microwave background (CMB). These models involve two chiral fields: the inflaton and the modulus field. We propose a novel role for the modulus field as a spectator field, responsible for generating PBHs. Our hypothesis suggests that while the inflaton field satisfies the CMB constraints of inflation, it is the modulus field acting as the spectator that leads to large curvature perturbations, capable to explain the production of PBHs. Additionally, we prioritize retaining the inflationary constraints from the CMB through the consideration of spectator fluctuations. Therefore, by exploring the relationship between these fields within the framework of the SU(2,1)/SU(2)$\times$U(1) symmetry, our aim is to unveil their implications for the formation of PBHs.
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016a), arXiv:1602.03837 [gr-qc] .
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Astrophys. J. Lett. 851, L35 (2017b), arXiv:1711.05578 [astro-ph.HE] .
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 119, 141101 (2017c), arXiv:1709.09660 [gr-qc] .
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 116, 241103 (2016b), arXiv:1606.04855 [gr-qc] .
- K. Aggarwal et al., Astrophys. J. 880, 2 (2019), arXiv:1812.11585 [astro-ph.GA] .
- J. Silk, The Astrophysical Journal 839, L13 (2017).
- J. D. Simon, Annual Review of Astronomy and Astrophysics 57, 375 (2019).
- A. Kashlinsky, Astrophys. J. Lett. 823, L25 (2016), arXiv:1605.04023 [astro-ph.CO] .
- B. Carr and F. Kuhnel, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 70, 355 (2020), arXiv:2006.02838 [astro-ph.CO] .
- R. Bean and J. Magueijo, Phys. Rev. D 66, 063505 (2002), arXiv:astro-ph/0204486 .
- S. Clesse and J. GarcÃa-Bellido, Phys. Rev. D 92, 023524 (2015), arXiv:1501.07565 [astro-ph.CO] .
- B. Carr and J. Silk, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 478, 3756 (2018), arXiv:1801.00672 [astro-ph.CO] .
- S. Clesse and J. GarcÃa-Bellido, Phys. Dark Univ. 22, 137 (2018), arXiv:1711.10458 [astro-ph.CO] .
- J. Garcia-Bellido, S. Clesse, and P. Fleury, Phys. Dark Univ. 20, 95 (2018), arXiv:1712.06574 [astro-ph.CO] .
- A. Escrivà , E. Bagui, and S. Clesse, JCAP 05, 004, arXiv:2209.06196 [astro-ph.CO] .
- J. Ellis, D. V. Nanopoulos, and K. A. Olive, JCAP 1310, 009, arXiv:1307.3537 [hep-th] .
- J. R. Ellis, C. Kounnas, and D. V. Nanopoulos, Nucl. Phys. B 241, 406 (1984b).
- J. R. Ellis, C. Kounnas, and D. V. Nanopoulos, Nucl. Phys. B 247, 373 (1984c).
- A. B. Lahanas and D. V. Nanopoulos, Phys. Rept. 145, 1 (1987).
- I. Dalianis, A. Kehagias, and G. Tringas, JCAP 01, 037, arXiv:1805.09483 [astro-ph.CO] .
- I. Dalianis and G. Tringas, Phys. Rev. D 100, 083512 (2019), arXiv:1905.01741 [astro-ph.CO] .
- T.-J. Gao and Z.-K. Guo, Phys. Rev. D 98, 063526 (2018), arXiv:1806.09320 [hep-ph] .
- Y. Aldabergenov, A. Addazi, and S. V. Ketov, Eur. Phys. J. C 82, 681 (2022), arXiv:2206.02601 [astro-ph.CO] .
- Y. Aldabergenov, A. Addazi, and S. V. Ketov, Eur. Phys. J. C 80, 917 (2020), arXiv:2006.16641 [hep-th] .
- S. Aoki, R. Ishikawa, and S. V. Ketov, Class. Quant. Grav. 40, 065002 (2023), arXiv:2210.10348 [hep-th] .
- M. Crispim Romão and S. F. King, JCAP 02, 004, arXiv:2309.17132 [hep-ph] .
- D. V. Nanopoulos, V. C. Spanos, and I. D. Stamou, Phys. Rev. D 102, 083536 (2020), arXiv:2008.01457 [astro-ph.CO] .
- I. D. Stamou, Phys. Rev. D 103, 083512 (2021), arXiv:2104.08654 [hep-ph] .
- L. Wu, Y. Gong, and T. Li, Phys. Rev. D 104, 123544 (2021), arXiv:2105.07694 [gr-qc] .
- V. C. Spanos and I. D. Stamou, Eur. Phys. J. C 83, 4 (2023), arXiv:2205.05595 [astro-ph.CO] .
- N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
- B. Carr, S. Clesse, and J. GarcÃa-Bellido, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 501, 1426 (2021c), arXiv:1904.02129 [astro-ph.CO] .
- J. R. Ellis, C. Kounnas, and D. V. Nanopoulos, Phys. Lett. B 143, 410 (1984d).
- R. Kallosh and A. Linde, JCAP 1306, 028, arXiv:1306.3214 [hep-th] .
- R. Kallosh, A. Linde, and D. Roest, JHEP 11, 198, arXiv:1311.0472 [hep-th] .
- R. Kallosh, A. Linde, and D. Roest, JHEP 08, 052, arXiv:1405.3646 [hep-th] .
- R. Kallosh, A. Linde, and T. Rube, Phys. Rev. D 83, 043507 (2011), arXiv:1011.5945 [hep-th] .
- I. Stamou and S. Clesse, Phys. Rev. D 109, 043522 (2024), arXiv:2310.04174 [astro-ph.CO] .
- I. Stamou and S. Clesse,  (2023), arXiv:2312.06873 [astro-ph.CO] .
- W. Cheng and L. Bian, Phys. Rev. D 98, 023524 (2018), arXiv:1801.00662 [hep-ph] .
- M. Shibata and M. Sasaki, Phys. Rev. D 60, 084002 (1999), arXiv:gr-qc/9905064 .
- A. Escrivà , C. Germani, and R. K. Sheth, JCAP 01, 030, arXiv:2007.05564 [gr-qc] .
- I. Musco, J. C. Miller, and L. Rezzolla, Class. Quant. Grav. 22, 1405 (2005), arXiv:gr-qc/0412063 .
- I. Musco, Phys. Rev. D 100, 123524 (2019), arXiv:1809.02127 [gr-qc] .
- I. D. Stamou,  (2023), arXiv:2306.02758 [astro-ph.CO] .
- K. Kohri and T. Terada, Phys. Lett. B 813, 136040 (2021), arXiv:2009.11853 [astro-ph.CO] .
- V. De Luca, G. Franciolini, and A. Riotto, Phys. Rev. Lett. 126, 041303 (2021), arXiv:2009.08268 [astro-ph.CO] .
- R. Barbieri and G. Giudice, Nucl. Phys. B 306, 63 (1988).
- A. Afzal and A. Ghoshal,  (2024), arXiv:2402.06613 [astro-ph.CO] .
- V. C. Spanos and I. D. Stamou, Phys. Rev. D 104, 123537 (2021), arXiv:2108.05671 [astro-ph.CO] .
- M. P. Hertzberg and M. Yamada, Phys. Rev. D 97, 083509 (2018), arXiv:1712.09750 [astro-ph.CO] .
- J. Kristiano and J. Yokoyama,  (2022), arXiv:2211.03395 [hep-th] .
- S. Choudhury, M. R. Gangopadhyay, and M. Sami,  (2023a), arXiv:2301.10000 [astro-ph.CO] .
- S. Choudhury, S. Panda, and M. Sami,  (2023b), arXiv:2304.04065 [astro-ph.CO] .
- S. Choudhury, S. Panda, and M. Sami, JCAP 11, 066, arXiv:2303.06066 [astro-ph.CO] .
- S. Choudhury, S. Panda, and M. Sami, Phys. Lett. B 845, 138123 (2023d), arXiv:2302.05655 [astro-ph.CO] .
- H. Firouzjahi and A. Riotto,  (2023), arXiv:2304.07801 [astro-ph.CO] .
- G. Morras et al. 10.1016/j.dark.2023.101285 (2023), arXiv:2301.11619 [gr-qc] .
- R. Kallosh, in 100e Ecole d’Ete de Physique: Post-Planck Cosmology (2015) pp. 525–545, arXiv:1402.0527 [hep-th] .
- R. Kallosh and A. Linde, JCAP 07, 002, arXiv:1306.5220 [hep-th] .
- R. Kallosh and A. Linde, JCAP 11, 011, arXiv:1008.3375 [hep-th] .
- R. Kallosh and A. Linde, JCAP 06, 028, arXiv:1306.3214 [hep-th] .
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.