[論文レビュー] The Hubble Tension and Early Dark Energy

Marc Kamionkowski, Adam G. Riess|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 23

ひとこと要約

この論文はハッブル緊張を検討し、現データは特に早期宇宙の解決策—特に早期暗黒エネルギー(EDE)—が支持されていると主張し、EDEが将来の測定でどのように検証できるかを論じる。

ABSTRACT

Over the past decade, the disparity between the value of the cosmic expansion rate directly determined from measurements of distance and redshift or instead from the standard $Λ$CDM cosmological model calibrated by measurements from the early Universe, has grown to a level of significance requiring a solution. Proposed systematic errors are not supported by the breadth of available data (and "unknown errors" untestable by lack of definition). Simple theoretical explanations for this "Hubble tension" that are consistent with the majority of the data have been surprisingly hard to come by, but in recent years, attention has focused increasingly on models that alter the early or pre-recombination physics of $Λ$CDM as the most feasible. Here, we describe the nature of this tension, emphasizing recent developments on the observational side. We then explain why early-Universe solutions are currently favored and the constraints that any such model must satisfy. We discuss one workable example, early dark energy, and describe how it can be tested with future measurements. Given an assortment of more extended recent reviews on specific aspects of the problem, the discussion is intended to be fairly general and understandable to a broad audience.

研究の動機と目的

• 局所的な距離測定と早期宇宙測定の間に存在するハッブル緊張の性質と意義を説明する。
• 現時点のデータを踏まえ、なぜ早期宇宙解決策、特に早期暗黒エネルギーが有利とされるのかを評価する。
• EDEモデルへの制約を説明し、将来の観測がそれらをどう検証できるかを概説する。

提案手法

• 局所的距離尺度、CMB、その他の探査によるH0の観測測定を要約する。
• 緊張の初期世代解と後期解を比較する理論的枠組みを概説し、EDEを強調する。
• 具体的なEDEモデルのバリエーションとそれらの観測的成果を議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的および早期宇宙探査の間のハッブル緊張の現状と意義は何か？
• RQ2 早期宇宙（再結合前）解、特に早期暗黒エネルギーが緊張の実行可能な説明とされる理由は何か？
• RQ3 EDEモデルはCMB、LSS、その他のデータと整合性を保つためにどのような制約を満たす必要があるか？
• RQ4 EDEをハッブル緊張の解決として肯定・否定するような観測的特徴や検証は何か？

主な発見

• 局所測定（例：SH0ES）から推定されるハッブル定数は約73 km/s/Mpcで、ΛCDMのPlanck CMBベースの値より高い。
• モデル依存的な局所測定（例：強重力レンズ、年齢）は概ね高いH0に賛同し、緊張を強化する。
• 早期暗黒エネルギー（EDE）は、再結合前の物理を変えることによってCMBと局所測定を調和させる実用的な解の一群として検討されている。
• CMB偏光データと小規模スケールの観測はEDEをますます制約しており、将来の測定がこれらのモデルをさらに検証すると期待される。
• 本論文は、いくつかのEDE実現（振動場、スローロール、一般化EDE）を議論し、EDEを検証する独立した道（例：宇宙的二色偏光、非線形進化）に言及している。
• 独立した局所距離指標（SBF、TRGB、Miras、重力波、マセス）はH0のクロスチェックを提供し、緊張を検証する上で重要である。