[論文レビュー] Cosmology-independent local determination of $H_0$ in strong tension with CMB

David Camarena, Valerio Marra|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、宇宙距離階層を逆方向に分析することで、宇宙論に依存しないハッブル定数 $H_0$ の決定を提示している。大規模スケールでの均一性と等方性にのみ依存しており、$H_0^{ ext{loc}} = 75.66 \pm 1.69\ \text{km s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$ を得ており、2.2%の不確実性を伴い、プランクの標準模型CMB結果と4.7σの不一致にある。

ABSTRACT

The determination of the Hubble constant $H_0$ from the well-understood physics of the Cosmic Microwave Background is in tension at $4.4\sigma$ with respect to the model-independent determination of $H_0$, which uses local supernovas calibrated via the cosmic distance ladder. Here, we present a new method to obtain the effective calibration prior on the absolute magnitude of Supernovas Ia by performing a backward analysis on the cosmic distance ladder, and we determine $H_0$ in a cosmology-independent way, assuming only large-scale homogeneity and isotropy. We find that $H_0^{ m loc} = 75.66 \pm 1.69 ext{ km s}^{-1} { m Mpc}^{-1}$, featuring the very low uncertainty of 2.2%, which is very close to the 1.9% error obtained by the SH0ES Collaboration. We also constrain the deceleration parameter to $q_0^{ m loc} = -1.08 \pm 0.29$, which clearly deviates from the standard-model value of $q_0 \simeq -0.55$. Our determination is in tension at $4.7\sigma$ with the latest results from the Planck Collaboration that assume the standard model of cosmology.

研究の動機と目的

• 宇宙論的モデルに依存せずに、大規模スケールでの均一性と等方性の仮定のみを用いてハッブル定数 $H_0$ を決定すること。
• 局所的な距離階層測定とプランクのCMBに基づく $H_0$ 値との間の増大する不一致を解消すること。
• 距離階層の逆方向分析を通じて、Ia型超新星の絶対等級に対する効果的キャリブレーション事前分布を導出し、局所的 $H_0$ の精度を向上させること。
• 宇宙論的モデルに依存せずに、局所の減速パラメータ $q_0$ を制約すること。
• モデルに依存しない仮定のもとで、$H_0$ の不一致の有意性を評価すること。

提案手法

• 距離階層を逆方向に分析し、Ia型超新星の絶対等級に対する効果的キャリブレーション事前分布を導出すること。
• 宇宙論的モデル依存を避けるために、大規模スケールでの均一性と等方性の仮定のみを用いること。
• 距離階層フレームワークを逆方向に適用し、局所的距離測定から超新星に必要なキャリブレーションを推定すること。
• 局所の超新星データとキャリブレート済みのセフェイド距離を組み合わせ、特定の宇宙論的モデルを仮定せずに $H_0$ を導出すること。
• 統計的推論を用いて、距離階層の各構成要素からの不確実性を最終的な $H_0$ 評価に伝搬すること。
• 局所のデータから同じく空間的に平坦で物質支配の宇宙を仮定して、局所の減速パラメータ $q_0$ を計算すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模スケールでの均一性と等方性の仮定のみを用いて、宇宙論的モデルに依存せずにハッブル定数を決定できるか？
• RQ2 効果的キャリブレーション事前分布を用いた距離階層の逆方向分析から導かれる $H_0$ の正確な値は何か？
• RQ3 標準宇宙論的モデルのもとで、このモデルに依存しない $H_0$ とプランクのCMBに基づく値との間の不一致はどの程度有意か？
• RQ4 局所の減速パラメータ $q_0$ の値は何か？ そして、標準モデルの予測値 $q_0 \approx -0.55$ から逸脱しているか？
• RQ5 局所的 $H_0$ の不確実性は、SH0ESコラボレーションのそれと比べてどの程度か？

主な発見

• 宇宙論に依存しない局所的 $H_0$ の決定は、$75.66 \pm 1.69\ \text{km s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$ を得ており、精度は2.2%である。
• この結果は、標準宇宙論的モデルのもとでプランクコラボレーションのCMBに基づく $H_0$ 値と4.7σの不一致にある。
• 局所の減速パラメータは $q_0^{\text{loc}} = -1.08 \pm 0.29$ に制約され、標準モデルの値 $q_0 \approx -0.55$ とは顕著に異なる。
• $H_0$ の不確実性はSH0ESコラボレーションと同等であり、2.2%（彼らの1.9%）である。
• この手法は、距離階層の逆方向分析を通じて、Ia型超新星の絶対等級に対するキャリブレーション事前分布を効果的に分離できた。
• 不一致の有意水準が極めて高いことから、局所的距離測定またはCMBの解釈に新しい物理的現象や系誤差が関与している可能性を強化する。