[논문 리뷰] Constraints on $f(T)$ Cosmology with Pantheon+

Rebecca Briffa, Celia Escamilla‐Rivera외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 03. 24.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 새로운 Pantheon+ 및 SH0ES 초신성 데이터 세트를 사용하여 $f(T)$ 중력 모델을 제약 조건에 둔다. 이 모델들은 후행 측정치와 일치하는 더 높은 허블 상수 값($H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$)을 도출하며, 이는 $H_0$ 갈등을 완화시킨다. Pantheon+와 천체 시계 및 이sov형 음파 진동 데이터를 조합할 경우 더 강력한 제약 조건과 감소된 매개변수의 상관성 불일치를 관찰할 수 있다.

ABSTRACT

$f(T)$ cosmology has shown promise in explaining aspects of cosmic evolution. In this work, we analyze constraints on leading models of $f(T)$ gravity in the context of the recently released Pantheon+ data set, together with comparisons with previous releases. We also consider other late-time data sets including cosmic chronometers and baryonic acoustic oscillation data. Our main result is that we find that the different $f(T)$ models under investigation connect to a variety of Hubble constant, which may help alleviate the cosmic tension on this parameter.

연구 동기 및 목표

• 후행 측정치와 초기 우주 측정치 사이에서 관측된 $H_0$ 갈등을 $f(T)$ 중력 모델이 완화할 수 있는지 조사하기 위해.
• 최근의 Pantheon+ 및 SH0ES 초신성 데이터 세트와 이전의 Pantheon 데이터 세트, 기타 후행 측정치 간의 제약 조건을 비교하기 위해.
• 천체 시계 및 이sov형 음파 진동 데이터를 통합할 경우 $f(T)$ 중력 모델의 매개변수 상관성 불일치와 $H_0$ 값에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 특히 $H_0$ 갈등의 맥락에서 최신 관측 데이터를 바탕으로 주요 $f(T)$ 중력 모델의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• Pantheon+ 및 SH0ES 초신성 데이터 세트를 사용하여 $f(T)$ 중력 모델의 매개변수를 제약 조건에 둔다. 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 분석을 수행한다.
• 추가 후행 측정치 세트인 천체 시계(CC) 및 이sov형 음파 진동(BOA) 데이터를 통합하여 매개변수 제약 조건을 향상시킨다.
• 이전 Pantheon 데이터 세트와 비교하여 Pantheon+ 및 SH0ES 데이터 세트의 결과를 분석하여 통계적 정밀도 향상을 평가한다.
• $\Lambda$CDM 모델을 기준으로 삼아, 다양한 데이터 조합에서 $f(T)$ 모델의 성능과 일관성을 평가한다.
• 후행 분포 및 신뢰 영역을 분석하여 모델 및 데이터 세트 간의 매개변수 상관성 불일치와 $H_0$ 값의 이동을 정량화한다.
• Planck 2018(P18) 결과와의 $H_0$ 편차가 $\sigma$ 단위로 얼마나 유의미한지 평가하여 갈등 완화 여부를 분석한다.

Figure 1: Confidence contours and posteriors for $f_{1}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $p_{1}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN}^{+}\,\&\

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $f(T)$ 중력 모델이 SH0ES 및 Pantheon+의 후행 측정치와 일치하는 $H_0$ 값을 도출하는가?
• RQ2 기존 Pantheon 발표 대비 더 높은 통계량을 가진 Pantheon+ 데이터 세트를 사용할 경우 $f(T)$ 중력 모델의 매개변수 제약 조건은 어떻게 향상되는가?
• RQ3 천체 시계 및 이sov형 음파 진동 데이터를 통합할 경우 $f(T)$ 모델의 매개변수 상관성 불일치는 어느 정도 감소하는가?
• RQ4 $f(T)$ 중력 모델은 수정 중력 이외의 새로운 물리학 없이도 $H_0$ 갈등을 해소할 수 있는가?
• RQ5 동일한 데이터 조합 하에서 $f(T)$ 모델의 후행 분포 및 $H_0$ 값은 $\Lambda$CDM 모델과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• Pantheon+ 및 SH0ES 데이터 세트는 $f(T)$ 모델에서 $H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$의 더 높은 $H_0$ 값을 도출하며, 후행 측정치와 일치하고 $H_0$ 갈등을 완화시킨다.
• 천체 시계 및 이sov형 음파 진동 데이터를 통합함으로써 매개변수 상관성 불일치, 특히 $H_0$와 $p_i$ 매개변수 간의 상관성 불일치가 크게 감소한다.
• Pantheon+ 및 SH0ES 데이터 세트는 원래의 Pantheon 데이터 세트에 비해 모델 매개변수에 대해 더 강력한 제약 조건을 제공한다.
• BAO 데이터가 포함된 경우 $f(T)$ 모델에서 $H_0$와 $p_i$ 간에 강한 반비례 관계가 나타나며, 이는 모델의 구조에 대한 민감도 향상을 시사한다.
• $\mathrm{PN}^+\&\text{SH0ES}$ 데이터 세트로 제약 조건을 둔 $\Lambda$CDM 모델은 $H_0 = 73.4 \pm 1.1\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$를 도출하며, 이는 초기 우주 추정치보다 SH0ES 측정치에 더 가깝다.
• 모든 테스트된 $f(T)$ 모델은 SH0ES 측정치의 $1\sigma$ 범위 내에서 $H_0$ 값을 도출하며, 이는 $H_0$ 갈등 완화 가능성을 시사한다.

Figure 2: Confidence contours and posteriors for $f_{2}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $\frac{1}{p_{2}}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN