[論文レビュー] Is it time to go beyond $\Lambda$CDM universe?

A.I. Lonappan, Ruchika Ruchika+1 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、最近の宇宙論的データ（SNe Ia、BAO、CMB、H(z)、成長率、Riess16からのハッブル定数）を用いて、ΛCDMモデルの整合性を再評価している。H₀と成長率の測定における矛盾にもかかわらず、Om診断はΛCDMが95%信頼水準で整合的であることを確認しており、Planck-2015 よりもわずかに低いΩₘ₀を示しており、ΛCDMが現在の最良のモデルであることを支持する。

ABSTRACT

Concordance $\\Lambda$CDM universe is the simplest model that is consistent with a large variety of cosmological observations till date. But few recent observations indicate inconsistencies in $\\Lambda$CDM model. In this paper, we consider the combination of recent SnIa+Bao+Cmb+Growth+$H(z)$+$H_{0}$ measurements to revisit the constraints on the dark energy evolution using the widely studied CPL parametrisation for the dark energy equation of state. Although the reconstructed behaviour for the dark energy equation of state confirms the inconsistency of $\\Lambda$CDM at $95\\%$ confidence level, the reconstructed $Om$ diagnostic which is a {\\it null test} for $\\Lambda$CDM, still allows the concordance $\\Lambda$CDM behaviour with a lower range of $\\Omega_{m0}$ than that obtained by Planck-2015. {\\it This confirms that $\\Lambda$CDM is still the best choice for the dark energy model}. We also measure the parameter $S = \\sigma_{8}\\sqrt{\\Omega_{m0}/0.3} = 0.728 \\pm 0.023$ which is consistent with its recent measurement by KiDS survey. The confidence contour in the $\\Omega_{m0}-\\sigma_{8}$ parameter plane is also fully consistent with KiDS survey measurement.

研究の動機と目的

• 最近の宇宙論的緊張、特にH₀と成長率の緊張がΛCDMモデルを揺るがすかどうかを検証すること。
• Ωₘ₀に依存しないOm診断を用いて、ΛCDMモデルの頑健性を評価すること。
• 現在の観測データと比較して、CPLおよび7CPLパラメータ化を用いたダークエネルギーの進化に関する制約を評価すること。
• S=σ₈√(Ωₘ₀/0.3)パラメータとΩₘ₀–σ₈の等高線がKiDS調査の測定と整合的かどうかを評価すること。
• H₀と成長データにおける観測された乖離が、ΛCDMを越える必要があるかどうかを決定すること。

提案手法

• 時間に依存するダークエネルギー状態方程式をモデル化するために、CPLパラメータ化w(a) = w₀ + wₐ(1−a)を用いる。
• SNe Ia（jla）、BAO、CMBシフトおよび音響スケール、H(z)測定（Riess16を含む）、成長率データを組み合わせたデータセットを用いる。
• Ωₘ₀に依存しないテストとして、Om(z) = [E²(z)−1]/[E³(z)−1]（E(z) = H(z)/H₀）として定義されるOm(z)診断を再構築する。
• 凍結型ダークエネルギーモデルに適した7CPLパラメータ化w = w₀ + wₐ(z/(1+z))⁷を適用する。
• ベイズ的パラメータ推定とw₀–wₐおよびΩₘ₀–σ₈平面における信頼領域の分析を実施する。
• 再構築されたS = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)をKiDS調査の測定と比較し、整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の宇宙論的データ、特にH₀の緊張と成長率の乖離を含めて、ΛCDMモデルは依然として整合的か？
• RQ2 Ωₘ₀に依存しないOm診断は、H₀と成長率の緊張がある中でも、ΛCDMモデルを支持するか？
• RQ3 CPLおよび7CPLパラメータ化によるw₀とwₐの制約は、観測データ（特にRiess16とKiDS）とどのように一致するか？
• RQ4 S = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)の測定値は、95%信頼水準内でKiDS調査の測定と整合的か？
• RQ5 多様なH(z)測定と組み合わせたOm診断は、ΛCDMの頑健なノルムテストとして機能するか？

主な発見

• CPLパラメータ化を用いた再構築されたダークエネルギー状態方程式は、95%信頼水準でΛCDMと整合しないことが判明した。これは、Planck+Riess16を用いた先行研究と一致する。
• Om診断により、同じデータセットを用いても、ΛCDMが現在のデータと95%信頼水準で整合的であることが確認された。Ωₘ₀の95%信用区間は[0.251, 0.292]であり、Planck-2015の値よりわずかに低い。
• S = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)は0.728 ± 0.023と測定され、最近のKiDS調査の測定と完全に一致した。
• Ωₘ₀–σ₈平面における信頼領域は、KiDS調査の結果と完全に整合しており、現在の制約の頑健性を強化した。
• 凍結型モデルを想定した7CPLパラメータ化を用いたOm(z)再構築でも、95%信頼水準で定数のOmが許容され、パラメータ化の選択に関わらずΛCDMの整合性が確認された。
• 凍結型モデルは95%信頼水準でデータと整合しないが、発熱型モデルはわずかに許容される。しかし、Om診断は最も信頼できるノルムテストであり、緊張が存在してもΛCDMの妥当性を確認した。