[論文レビュー] Implications of distance duality violation for the $H_0$ tension and evolving dark energy

Elsa M. Teixeira, William Giarè+4 more|ArXiv.org|Apr 14, 2025

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

要約: 本論文は距離双対性関係（DDR）の現象論的違反を検証し、H0緊張と進化するダークエネルギーの証拠に対処する。2つのDDR違反の玩具モデルがSNIaとBAOの校正を調和させ得ることを見いだし、ベイズ証拠は赤方偏移依存のDDRとファントムダークエネルギーを若干支持する。

ABSTRACT

We investigate whether a violation of the distance duality relation (DDR), $D_L(z) = (1+z)^2 D_A(z)$, connecting the angular diameter and luminosity distances, can explain the Hubble tension and alter the evidence for dynamical dark energy in recent cosmological observations. We constrain five phenomenological parameterisations of DDR violation using Baryon Acoustic Oscillation measurements from the DESI survey calibrated with the sound horizon derived from extit{Planck} Cosmic Microwave Background data and the Pantheon+ Type Ia supernova (SNIa) catalogue calibrated with the supernova absolute magnitude from S$H_0$ES. We find that two toy models can resolve the tension: a constant offset in the DDR (equivalent to a shift in the calibration of the SNIa data), $D_L(z)/D_A(z)\simeq 0.925(1+z)^2$, which leaves the hint for evolving dark energy unaffected; or a change in the power-law redshift-dependence of the DDR, restricted to $z\lesssim 1$, $D_L(z)/D_A(z)\simeq(1+z)^{1.866}$, together with a {\it constant} phantom dark energy equation of state $w\sim -1.155$. The Bayesian evidence slightly favours the latter model. Our phenomenological approach motivates the investigation of physical models of DDR violation as a novel way to explain the Hubble tension.

研究の動機と目的

• SNIaとBAOの校正の緊張を低減または除去できる、単純なDDR違反パラメータ化が可能かを評価する。
• DDR違反が赤方偏移に沿って進化する evidencia があるかをデータで検証する。
• DDR違反がダイナミカルダークエネルギー vs 宇宙定数の証拠にどのように影響するかを評価する。
• 現在のデータでどのDDRモデルが最も支持されているかを比較する。

提案手法

• eta(z) 関数 M1, M2, M3 および赤方移動依存バリアント M1(z*)、M3(z*) を用いたDDR違反のパラメータ化。
• DDR パラメータを含む CLASS-DDR に輝度距離を変更し、DDR特有の尤度でデータと比較。
• MontePython + MultiNest を用いたベイズ推定でパラメータ事後確率とベイズ証拠を取得。
• データ：Planck 2018 CMB、DESI BAO、PantheonPlus SNIa、M_B / H0 に関する SH0ES priors。
• 平坦な LCDM および w0-wa CPL のダイナミカルダークエネルギー背景の両方を検討。
• 研究で指定された宇宙論パラメータおよび DDR パラメータに対して平坦な事前分布を採用。

Figure 1: Mismatch between SNIa and BAO data under a $\Lambda$ CDM background through the combination of Planck 2018 + DESI + PantheonPlus + S $H_{0}$ ES prior data as described in Section III.3 . The square data points represent a compilation of angular diameter distance measurements from DESI BAO

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単純な現象論的 DDR 違反は SNIa と BAO の校正緊張を緩和できるか？
• RQ2 DDR違反は赤方偏移と共に進化する証拠があるか？
• RQ3 DDR違反を導入するとダイナミカルダークエネルギーと宇宙定数の優位性は変わるか？

主な発見

パラメータ	ΛCDM	M1	M2	M3	M1 (z*)	M3 (z*)
α0	--	-0.075±0.012	-0.070±0.013	-0.049±0.015	-0.076±0.012	-0.066±0.017
α1	--	--	-0.014±0.010	--	-0.039±0.024	0.010±0.026
M_B	-19.395±0.011	-19.254±0.026	-19.253±0.026	-19.370±0.013	-19.253±0.027	-19.367±0.013
r_s	147.62±0.22	147.35±0.23	147.42±0.23	147.73±0.22	147.32±0.23	147.72±0.22
H0	68.89±0.38	68.00±0.41	68.18±0.42	69.10±0.38	67.93±0.41	69.08±0.38
Ω_m	0.2953±0.0048	0.3066±0.0054	0.3042±0.0055	0.2925±0.0047	0.3076±0.0055	0.2928±0.0047
Δχ^2_min	--	-32.84	-34.73	-10.27	-35.40	-17.25
log Z_M/log Z_LCDM	--	13.6	10.9	2.3	12.3	3.3

• DDR違反モデルは SNIa-BAO 校正緊張を解決できる。1つの選択肢は定数の DDR オフセット（概ね D_L/D_A ≃ 0.925(1+z)^2）。
• 別の有力な選択は z* ≈ 0.9 の赤方移動依存 DDR、z ≲ 1 で D_L/D_A ≃ (1+z)^{1.866}、およびファントム方程式の EoS w ≈ -1.155。
• ベイズ証拠は進化する DDR シナリオ（M3(z*)）を定数オフセットモデルより僅かに支持。
• モデル間で DDR パラメータ α0 は約 3–5σ で検出され、モデルに依存して -0.05 から -0.075 程度の値。
• SH0ES priors を除くと、DDR違反モデルは一般に H0 校正緊張を低減または除去する。残留緊張の程度はモデルごとに異なる。
• LCDM+η(z) 分析では、いくつかのモデルは Planck と整合する補償された H0 および r_s を示す一方で、他は SH0ES 校正により整合する。

Figure 2: Same as Fig. 1 but for the different models of DDR breaking detailed in Section III under a $\Lambda$ CDM background cosmology. The data points are normalised to the corresponding prediction with $\eta=1$ to highlight the effect of breaking the DDR in bringing the datasets together. We not