[論文レビュー] Constraints on $f(T)$ Cosmology with Pantheon+

Rebecca Briffa, Celia Escamilla‐Rivera+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、新しいPantheon+およびSH0ES超新星データセットを用いて$f(T)$重力モデルの制約を検討し、これらのモデルが$H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$の高いハッブル定数値をもたらし、後期測定と整合的であることが判明した。これにより$H_0$の不一致が軽減される。Pantheon+に宇宙時計とバリオン音響振動のデータを組み合わせた場合、パラメータの制約が厳しくなり、パラメータのデゲネラシーが低減される。

ABSTRACT

$f(T)$ cosmology has shown promise in explaining aspects of cosmic evolution. In this work, we analyze constraints on leading models of $f(T)$ gravity in the context of the recently released Pantheon+ data set, together with comparisons with previous releases. We also consider other late-time data sets including cosmic chronometers and baryonic acoustic oscillation data. Our main result is that we find that the different $f(T)$ models under investigation connect to a variety of Hubble constant, which may help alleviate the cosmic tension on this parameter.

研究の動機と目的

• 後期と初期の宇宙論的測定で観測される$H_0$の不一致を$f(T)$重力モデルが軽減できるかどうかを調査すること。
• 新しいPantheon+およびSH0ES超新星データセットの制約を、以前のPantheonデータと他の後期プローブと比較すること。
• 宇宙時計とバリオン音響振動データの組み合わせが、$f(T)$重力モデルにおけるパラメータのデゲネラシーと$H_0$値に与える影響を評価すること。
• 特に$H_0$の不一致の文脈において、更新された観測データを踏まえた主要な$f(T)$重力モデルの性能を評価すること。

提案手法

• Markov連鎖モンテカルロ（MCMC）解析を実施し、Pantheon+およびSH0ES超新星データセットを用いて$f(T)$重力モデルのパラメータを制約する。
• 追加の後期データセット（宇宙時計（CC）とバリオン音響振動（BAO））を組み込み、パラメータの制約を改善する。
• Pantheon+およびSH0ESデータセットの結果を、以前のPantheonデータセットの結果と比較し、統計的精度の向上を評価する。
• $\Lambda$CDMモデルをベンチマークとして用い、異なるデータの組み合わせにおける$f(T)$モデルの性能と一貫性を評価する。
• 事後分布と信頼領域の輪郭を分析し、モデルやデータセット間でのパラメータのデゲネラシーと$H_0$値のずれを定量化する。
• Planck 2018（P18）の結果からの$H_0$のずれが$\sigma$単位でどの程度有意であるかを評価し、不一致の軽減を検討する。

Figure 1: Confidence contours and posteriors for $f_{1}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $p_{1}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN}^{+}\,\&\

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $f(T)$重力モデルは、SH0ESおよびPantheon+の後期測定と整合する$H_0$値を生成するか？
• RQ2 元のPantheonリリースと比較して、統計的に高いパフォーマンスを示すPantheon+データセットを用いることで、$f(T)$重力パラメータの制約はどの程度改善されるか？
• RQ3 宇宙時計とバリオン音響振動データを組み込むことで、$f(T)$モデルにおけるパラメータのデゲネラシーはどの程度低減されるか？
• RQ4 $f(T)$重力モデルは、修正重力の外に新たな物理を必要とせず、$H_0$の不一致を解消できるか？
• RQ5 同じデータの組み合わせ下で、$f(T)$モデルの事後分布と$H_0$値は$\Lambda$CDMモデルとどのように比較されるか？

主な発見

• Pantheon+およびSH0ESデータセットは、$f(T)$モデルにおいて$H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$の高い$H_0$値をもたらし、後期測定と整合的であり、$H_0$の不一致が軽減される。
• 宇宙時計とバリオン音響振動データの組み込みにより、特に$H_0$と$p_i$パラメータ間のデゲネラシーが顕著に低減される。
• $\mathrm{PN}^+\&\text{SH0ES}$データセットは、元のPantheonデータセットと比較して、モデルパラメータの制約がより厳しくなる。
• BAOデータを組み込むと、$f(T)$モデルでは$H_0$と$p_i$の間で強い逆相関が見られ、モデル構造に対する感度が向上することが示される。
• $\mathrm{PN}^+\&\text{SH0ES}$で制約された$\Lambda$CDMモデルは$H_0 = 73.4 \pm 1.1\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$を示し、初期宇宙の推定値よりもSH0ESに近い。
• テストされたすべての$f(T)$モデルは、SH0ES測定値の$1\sigma$内に$H_0$値を生成しており、$H_0$の不一致の軽減が可能性であると示唆される。

Figure 2: Confidence contours and posteriors for $f_{2}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $\frac{1}{p_{2}}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN