[論文レビュー] Limits on Clustering and Smooth Quintessence from the EFTofLSS

Guido D’Amico, Yaniv Donath+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2020

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 55被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、BOSS、eBOSS、6DF/MGS、パンセオン超新星、およびプランクデータを用いて、大規模構造の有効場理論（EFTofLSS）を適用し、集積と滑らかく変化するクインテッセンスモデルを制約する。赤方偏移空間における1ループオーダーの銀河パワースペクトルを正確な時間依存性で計算することで、集積クインテッセンスの場合は68%信頼水準で w = −1.011+0.053−0.048 を得た。プランクデータと組み合わせた場合、w = −1.028+0.037−0.030 となり、w ≈ −1 の宇宙定数の強い支持が得られた。

ABSTRACT

We apply the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTofLSS) to analyze cosmological models with clustering quintessence, which allows us to consistently describe the parameter region in which the quintessence equation of state $w < - 1$. First, we extend the description of biased tracers in redshift space to the presence of clustering quintessence, and compute the one-loop power spectrum. We solve the EFTofLSS equations using the exact time dependence, which is relevant to obtain unbiased constraints. Then, fitting the full shape of BOSS pre-reconstructed power spectrum measurements, the BOSS post-reconstruction BAO measurements, BAO measurements from 6DF/MGS and eBOSS, the Supernovae from Pantheon, and a prior from BBN, we bound the clustering quintessence equation of state parameter $w=-1.011_{-0.048}^{+0.053}$ at $68\%$ C.L.. Further combining with Planck, we obtain $w=-1.028_{-0.030}^{+0.037}$ at $68\%$ C.L.. We also obtain constraints on smooth quintessence, in the physical regime $w \geq -1$: combining all datasets, we get $-1\leq w < - 0.979$ at $68\%$ C.L.. These results strongly support a cosmological constant.

研究の動機と目的

• クラスタリングクインテッセンスの下で、音速がゼロに近づくスカラー場（cs² → 0）を考慮し、w < −1 を許容する状況下で、赤方偏移空間におけるバイアス付きトレーサーを含むEFTofLSSフレームワークを拡張すること。
• エドワーズ・スケーリング近似（EdS近似）を避けるために、正確な時間依存性を持つ成長因子 D+(a) を用いて、赤方偏移空間における1ループ銀河パワースペクトルを計算すること。
• 包括的な宇宙論的データセットを用いて、集積クインテッセンス（w < −1）および滑らかなクインテッセンス（w ≥ −1）の状態方程式パラメータ w を制約すること。
• w ≠ −1 のモデルが、BOSSパワースペクトルの全形状およびその他の大規模構造データ（BAO、超新星など）をよくフィットするかをテストすること。
• w に物理的かつ妥当な事前分布を導入することで、複数のデータセットを組み合わせ、ダークエネルギーに対するロバストでバイアスのない制約を提供すること。

提案手法

• スカラー場の音速がゼロに近づく（cs² → 0）クラスタリングクインテッセンスを含むEFTofLSS形式を拡張し、w < −1 を許容する。
• 赤方偏移空間における密度（δh）および速度発散（θh）場の摂動展開を導出し、バイアス作用素およびハロー核（halo kernels）を組み込む。
• エドワーズ・スケーリング近似（EdS近似）を避けるために、正確な時間依存性を持つ成長因子 D+(a) を用いて1ループ赤方偏移空間銀河パワースペクトルを計算する。
• EFTofLSS形式から導かれる時間依存グリーン関数およびカーネル関数（例：cδ,1(a), G(a), cδ2,Gδ1(a)）の時間積分を実行する。
• BOSS DR12の再構成前のパワースペクトルの全形状、再構成後のBAO、6DF/MGS、eBOSS リン酸化ハイドロゲン（Lyα）、およびパンセオン超新星データを統合する。
• 滑らかなクインテッセンスの場合は w ≥ −1 を満たす物理的平坦事前分布を適用し、さらにプランク2018年のCMBデータを用いてパラメータ空間を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正確な時間依存性を考慮したEFTofLSSフレームワークは、クラスタリングクインテッセンス（w < −1）の下で、銀河パワースペクトルの全形状を一貫して記述できるか？
• RQ2 BOSS、eBOSS、超新星、CMBデータを組み合わせた場合、クラスタリングクインテッセンスからの w 制約と滑らかなクインテッセンスからの w 制約はどのように比較されるか？
• RQ3 EFTofLSS方程式に正確な時間発展を組み込むことで、EdS近似と比較して顕著に異なる、あるいはより正確な制約が得られるか？
• RQ4 物理的事前分布 w ≥ −1 を課した wCDM モデルにおいて、w の最もきつい制約は何か？また、それは宇宙定数と比較してどうなるか？
• RQ5 非ファントム（non-phantom）およびファントム（phantom）ダークエネルギーモデルの文脈において、EFTofLSSは赤方偏移空間歪みおよびバイアスを完全に記述できるか？

主な発見

• この論文は、LSSおよび超新星データのみを用いて、クラスタリングクインテッセンスの状態方程式を68%信用水準で w = −1.011+0.053−0.048 に制約した。
• プランク2018年のCMBデータと組み合わせた場合、制約は68%信頼水準で w = −1.028+0.037−0.030 に厳しくなり、w ≈ −1 の強い支持が得られた。
• 滑らかなクインテッセンス（w ≥ −1）の場合は、統合データセットにより68%信頼水準で −1 ≤ w < −0.979 が得られ、w > −0.979 は除外された。
• 解析から、EFTofLSS方程式に正確な時間依存性を組み込むことは定量的に重要であり、エドワーズ・スケーリング近似とは異なり、バイアスのない制約をもたらすことが示された。
• BOSSパワースペクトルの全形状解析に加え、BAOおよび超新星データを統合することで、CMBに依存しないwのロバストな制約が得られ、宇宙定数を支持した。
• 結果は、EFTofLSSフレームワークが、時間発展およびバイアスの適切な取り扱いのもとで、w < −1 の領域においても、集積的および滑らかなダークエネルギーモデルを一貫して記述できることを示している。