[論文レビュー] A grounded perspective on New Early Dark Energy using ACT, SPT, and BICEP/Keck

Juan S. Cruz, Florian Niedermann+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ACT、SPT、BICEP/Keckからの最新のCMBデータに加え、最新のS$H_{0}$ES現地のハッブル定数の事前分布を用いて、新しい初期ダークエネルギー（NEDE）モデルを評価している。統計的に強いNEDEの支持が得られ、ΛCDMモデルに対する適合度の向上としてΔχ² = -15.9（ACT）および-23.1（SPT）が得られ、非ゼロのNEDE割合に対する4.8σの支持と、最良適合のH₀ = 72.09 km/s/Mpcが得られた。

ABSTRACT

We examine further the ability of the New Early Dark Energy model (NEDE) to resolve the current tension between the Cosmic Microwave Background (CMB) and local measurements of $H_0$ and the consequences for inflation. We perform new Bayesian analyses, including the current datasets from the ground-based CMB telescopes Atacama Cosmology Telescope (ACT), the South Pole Telescope (SPT), and the BICEP/Keck telescopes, employing an updated likelihood for the local measurements coming from the S$H_0$ES collaboration. Using the S$H_0$ES prior on $H_0$, the combined analysis with Baryonic Acoustic Oscillations (BAO), Pantheon, Planck and ACT improves the best-fit by $Δχ^2 = -15.9$ with respect to $Λ$CDM, favors a non-zero fractional contribution of NEDE, $f_{ m NEDE} > 0$, by $4.8σ$, and gives a best-fit value for the Hubble constant of $H_0 = 72.09$ km/s/Mpc (mean $71.48_{-0.81}^{+0.79}$ with $68\%$ C.L.). A similar analysis using SPT instead of ACT yields consistent results with a $Δχ^2 = - 23.1$ over $Λ$CDM, a preference for non-zero $f_{ m NEDE}$ of $4.7σ$ and a best-fit value of $H_0=71.77$ km/s/Mpc (mean $71.43_{-0.84}^{+0.84}$ with $68\%$ C.L.). We also provide the constraints on the inflation parameters $r$ and $n_s$ coming from NEDE, including the BICEP/Keck 2018 data, and show that the allowed upper value on the tensor-scalar ratio is consistent with the $Λ$CDM bound, but, as also originally found, with a more blue scalar spectrum implying that the simplest curvaton model is now favored over the Starobinsky inflation model.

研究の動機と目的

• CMBと現地測定によるH₀の間のハッブル緊張を解消できるかどうかを、新しい初期ダークエネルギー（NEDE）モデルが評価すること。
• ACT、SPT、BICEP/Keckからの最新の高精度CMBデータセットと、NEDEの整合性を評価すること。
• NEDEがインフレーションパラメータ、特にテンソル対スカラー比rとスカラースペクトル傾きnₛに与える影響を検討すること。
• Planck、BAO、Pantheon、および現地のH₀測定を含む、宇宙論的データ全体に対するΛCDMモデルと比較してNEDEモデルが適合度を改善するかどうかをテストすること。

提案手法

• ACT、SPT、BICEP/Keck 2018 CMBデータの最新の尤度を用いたベイジアンMCMC解析を実施する。
• H₀の最新のS$H_{0}$ES 2021事前分布（73.04 ± 1.04 km/s/Mpc）を解析における制約条件として組み込む。
• Δχ²統計量を用いて、NEDEモデルがΛCDMモデルに対して統計的にどれほど優れているかを評価する。
• ハッブル定数と音響スケールを制約するために、バリオン音響振動（BAO）およびPantheon超新星データを含める。
• BICEP/Keck 2018データを用いて、テンソルモードに対するNEDEのインフレーションパラメータrとnₛへの影響を分析する。
• Q_dmap統計量を用いて、データとモデルの全体的な適合度と整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ACT、SPT、BICEP/Keck CMBデータを組み合わせた場合、NEDEモデルがΛCDMモデルと比較して宇宙論的データへの適合度を顕著に改善するか？
• RQ2 NEDEは、CMB測定と現地測定の間のH₀の乖離として定量化されるハッブル緊張をどの程度緩和するか？
• RQ3 NEDEモデルはテンソル対スカラー比rとスカラースペクトル傾きnₛにどのような制約を課すか？また、それらはΛCDMの期待値と比較してどう異なるか？
• RQ4 NEDEに対する好みが、ACTとSPTといった異なるCMBデータセット間で一貫しているか？
• RQ5 S$H_{0}$ES 2021のH₀事前分布の組み込みが、NEDEモデルの統計的有意性にどのように影響するか？

主な発見

• Planck、BAO、Pantheon、ACTデータを組み合わせた場合、NEDEモデルはΛCDMモデルに対してΔχ² = -15.9の適合度の向上を示した。
• S$H_{0}$ES 2021のH₀事前分布を組み込むと、NEDEの非ゼロの割合f_NEDE > 0に対する4.8σの支持が得られた。
• NEDE下での最良適合のハッブル定数はH₀ = 72.09 km/s/Mpcであり、68%信用区間は71.49 ± 0.82 km/s/Mpcであった。
• SPTをACTの代わりに用いることで、ΛCDMモデルに対してΔχ² = -23.1が得られ、f_NEDE > 0に対する4.7σの支持と、最良適合のH₀ = 71.77 km/s/Mpc（68%信頼区間：71.43 ± 0.85 km/s/Mpc）が得られた。
• NEDEモデルは、より青色に傾いたスカラースペクトル（高いnₛ）をもたらし、最も単純なカービュトンモデルをスタロビンスキーインフレーションモデルよりも支持する。
• テンソル対スカラー比rの上限はΛCDMの制限と整合的であるが、データへの適合度の向上により、NEDEフレームワーク内ではわずかに高いnₛが支持されている。