[論文レビュー] Dark energy in light of recent DESI BAO and Hubble tension

Hao Wang, Yun-Song Piao|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 28

ひとこと要約

この論文は Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES データを用いて事前再結合前の早期暗黒エネルギー（EDE）を伴う w0-wa CDM モデルを MCMC で適合させ、DESI は H0 を高くシフトさせ w0 を -1 に近づけ、wa は負に、S8 の挙動は EDE の型に依存し、n_s の傾向は 1 に向かうことを見出す。

ABSTRACT

Recently, Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) collaboration based on their first year data has reported a $\gtrsim 3σ$ evidence for an evolving dark energy (DE) against the cosmological constant (CC), so the standard $Λ$CDM model. However, it is necessary to access the impact of DESI data on the state equation $w_0$-$w_a$ of DE in the Hubble-tension-free cosmologies, where $w_0$ and $w_a$ is the parameters of state equation of DE. In this paper, using recent DESI BAO measurements combined with Planck CMB and Pantheon Plus dataset, we perform the Monte Carlo Markov Chain (MCMC) analysis for the $w_0w_a$CDM model with possible pre-recombination resolutions of the Hubble tension. It is found that though $w_0>-1$ and $w_a<0$ are still preferred, the CC is also $<2σ$ consistent, while the bestfit Hubble constant $H_0$ are higher than those with pre-DESI BAO data but without the further exacerbation of $S_8$ tension. According to our results, the resolutions of Hubble tension are likely to suppress the extit{preference} of DESI for the evolving DE, thus the claim of ruling out the CC needs to be more cautious regarding not only the recent observational data but also the cosmological tensions.

研究の動機と目的

• DESI BAO データが Hubble tension を持たない宇宙論におけるダークエネルギー方程式の状態方程式に与える影響を評価する。
• axion-like EDE および AdS-EDE の pre-recombination シナリオを含む w0-wa CDM モデルを評価する。
• DESI データを含む場合の H0、w0、w_a、S8、n_s のシフトを定量化する。
• DESI 以前の解析と結果を比較して EDE 主導の Hubble tension 解決の頑健性を評価する。

提案手法

• Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES データセットを用いて MCMC を実行する。
• w0-wa CDM フレームワーク内で axion-like EDE および AdS-EDE の二つの EDE 実現を検討する。
• パラメータ集合は axion-like EDE の場合 {ω_b, ω_cdm, H0, ln(10^10 A_s), n_s, τ_reio, w0, wa, log10 a_c, f_EDE}、AdS-EDE の場合 {ω_b, ω_cdm, H0, ln10^10 A_s, n_s, τ_reio, w0, wa, ln(1+z_c), f_EDE} を含む。
• Table 2 に記載された事前範囲と収束基準 R-1<0.1 を使用する。
• 解析には修正版 CLASS および MontePython-3.6 を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DESI BAO データは DESI 以前の結果と比較して、w0-wa CDM+EDE 宇宙論における推定 H0 をシフトさせるか？
• RQ2 DESI データを含めた場合、axion-like と AdS の EDE 実現は w0、wa、S8、n_s にどのような影響を与えるか？
• RQ3 DESI を含む解析で w0 が -1 に近く wa が負であるという傾向が持続するか？
• RQ4 これらのモデルにおける物質密度 Ω_m の推定値に DESI はどのような影響を与えるか？

主な発見

Parameters	axion-like EDE	AdS-EDE
100ω_b	2.256(2.272) ± 0.018	2.337(2.336) ± 0.013
ω_cdm	0.128(0.129) ± 0.003	0.134(0.134) ± 0.002
H0	72.43(72.66) ± 0.75	73.32(73.35) ± 0.64
ln10^10 A_s	3.052(3.068) ± 0.014	3.072(3.079) ± 0.015
n_s	0.979(0.992) ± 0.007	0.995(0.995) ± 0.004
τ_reio	0.054(0.060) ± 0.006	0.055(0.059) ± 0.007
w0	-0.971(-0.951) ± 0.035	-0.923(-0.885) ± 0.054
wa	-0.347(-0.236) ± 0.120	-0.435(-0.553) ± 0.132
Ω_m	0.287(0.287) ± 0.006	0.294(0.294) ± 0.005
S8	0.842(0.836) ± 0.013	0.863(0.864) ± 0.010

• DESI データは H0 をより高く推す方向に寄与する：axion-like EDE で約 72.4 km/s/Mpc、AdS-EDE で約 73.3 km/s/Mpc。
• axion-like EDE では w0 ≈ -0.971 および wa ≈ -0.347、Ω_m ≈ 0.287、S8 ≈ 0.842。
• AdS-EDE では w0 ≈ -0.923 および wa ≈ -0.435、Ω_m ≈ 0.294、S8 ≈ 0.863。
• n_s は 1 に近づく方向に動く（axion-like EDE で n_s ≈ 0.979、AdS-EDE で ≈0.995）。
• DESI は EDE モデルに応じて S8 の張力を縮小または維持する；axion-like EDE は DESI 以前より小さな S8、AdS-EDE は DESI 後の高い H0 のため DESI 以前とほぼ同等の S8。
• 全体として Ω_m の値は DESI ΛCDM 結果（約 0.29）と一致するが、DESI のポスタリエリティにより若干小さく見えることがある。