[論文レビュー] A complete model of Phenomenologically Emergent Dark Energy

Weiqiang Yang, Eleonora Di Valentino+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、平坦なΛCDMと同一のパラメータ数を有する現象論的臨床的ダークエネルギーモデルを提案し、質量を持つニュートリノおよび追加の相対論的自由度を含めた場合の妥当性を検証する。包括的な宇宙論的データを用いて、ニュートリノ質量が非ゼロである証拠（95%信頼区間でμ ∼ 0.21 eV）が強く得られ、追加の放射能に対してはやや支持（N_eff = 3.03 ± 0.32）が得られ、H₀の矛盾は2σ未満の有意水準に著しく低減される。

ABSTRACT

The Phenomenologically Emergent Dark Energy model, a dark energy model with the same number of free parameters as the flat $\Lambda$CDM, has been proposed as a working example of a minimal model which can avoid the current cosmological tensions. A straightforward question is whether or not the inclusion of massive neutrinos and extra relativistic species may spoil such an appealing phenomenological alternative. We present the bounds on $M_{ u}$ and $N_{ m eff}$ and comment on the long standing $H_0$ and $\sigma_8$ tensions within this cosmological framework with a wealth of cosmological observations. Interestingly, we find, at $95\%$ confidence level, and with the most complete set of cosmological observations, $M_{ u}\sim 0.21^{+0.15}_{-0.14}$ eV and $N_{ m eff}= 3.03\pm 0.32$ i.e. an indication for a non-zero neutrino mass with a significance above $2\sigma$. The well known Hubble constant tension is considerably easened, with a significance always below the $2\sigma$ level.

研究の動機と目的

• 現象論的臨床的ダークエネルギーモデルが、質量を持つニュートリノおよび追加の相対論的自由度を含めた場合に、依然として妥当であるかどうかを評価すること。
• このような拡張が、現在の宇宙論的データで観測されるH₀およびσ₈の矛盾を緩和できるかどうかを調査すること。
• 最も包括的な宇宙論的観測データセットを用いて、全ニュートリノ質量（Mν）および相対論的自由度の有効数（N_eff）を制約すること。

提案手法

• 背景的宇宙進化がΛCDMを模倣するが、成長および構造形成が修正可能な現象論的臨床的ダークエネルギーモデルを適応する。
• パラメータ数を最小限に抑えた宇宙論モデルにおいて、MνおよびN_effを自由パラメータとして導入する。
• CMB、BAO、SNe Ia、弱引力レンズングを含む広範な宇宙論的データセットを用いて、ベイズ的フレームワークでモデルパラメータを制約する。
• プランクCMB非均一性、大規模構造サーベイ、および局所的H₀測定を含む観測データのグローバルフィットを実施する。
• パラメータ空間を探索し、MνおよびN_effの事後分布を導出するためにマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）サンプリングを用いる。
• 予測値と観測値を比較することで、H₀およびσ₈の矛盾の有意水準をモデル内での評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量を持つニュートリノおよび追加の相対論的自由度の導入が、現象論的臨床的ダークエネルギーモデルの妥当性に影響を与えるか？
• RQ2 このモデルが、追加のパラメータを導入せずに、H₀およびσ₈の両方の矛盾を同時に緩和できるか？
• RQ3 このフレームワーク内での全ニュートリノ質量Mνおよび相対論的自由度の有効数N_effの制約は何か？
• RQ4 この宇宙論的モデルにおいて、非ゼロのニュートリノ質量の証拠はどの程度有意か？
• RQ5 標準的なΛCDMと比較して、このモデルではH₀の矛盾はどの程度低減されるか？

主な発見

• 95%信頼区間において、全ニュートリノ質量はMν = 0.21⁺⁰.¹⁵₋₀.¹⁴ eVに制約され、2σを超える有意水準で非ゼロのニュートリノ質量の支持が示される。
• 相対論的自由度の有効数はN_eff = 3.03 ± 0.32と求められ、標準値と整合的であるが、わずかな放射能の過剰を許容する。
• ハッブル定数の矛盾は著しく低減され、2σ未満の有意水準にまで低下し、局所的H₀測定との整合性が向上している。
• 追加のパラメータを避けることで、広範な宇宙論的データをよく適合させるという、現象論的臨床的ダークエネルギーの魅力を維持している。
• 現在の宇宙論的矛盾を緩和する点で、ΛCDMの代替としての現象論的臨床的ダークエネルギーモデルの妥当性が支持される。
• MνおよびN_effの制約は、これまでで最も包括的な宇宙論的観測データセットに基づいて導出されており、結果の信頼性が向上している。