[논문 리뷰] Cosmological Test of Dark Energy Parametrizations in Horava-Lifshitz Gravity

Himanshu Chaudhary, Niyaz Uddin Molla외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 11.

Cosmology and Gravitation TheoriesPhysics and Astronomy인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 우주 시계, 초신성 Ia, BAO, GRB, 활성은하핵, CMB 데이터의 통합 분석을 통해 허라-리프시츠 중력 이론 내에서 암흑 에너지의 선형 및 CPL 매개변수화를 시험한다. 결과적으로 선형 모형과 CPL 모형은 관측과 일치하지만, 더 나은 적합도와 낮은 정보 기준으로 인해 ΛCDM 모형이 통계적으로 더 유리하다는 결론을 내린다. 이는 현재 우주론 모형에서 ΛCDM 모형의 지배적 위치를 뒷받침한다.

ABSTRACT

In this work, we assume the FRLW Universe which is filled with dark matter along with dark energy in the framework of Horava-Lifshitz (HL) gravity. The dark energy is considered as the Linear (Model I) and CPL (Model II) parametrizations of the equation of state parameter. For both models, we express the Hubble parameter $H(z)$ in terms of the model parameters and redshift $z$. To rigorously constrain the model, we have employed a comprehensive set of recent observational datasets including cosmic chronometers (CC), Type Ia Supernovae (SNIa), Baryon Acoustic Oscillations (BAO), Gamma-ray Burst (GRB), Quasar (Q) and Cosmic Microwave Background Radiation (CMB). Through the joint analysis of this diverse collection of datasets, we have achieved tighter constraints on the model's parameters. This, in turn, allows us to delve into both the physical and geometrical aspects of the model with greater precision. Furthermore, our analysis has enabled us to determine the present values of crucial cosmological parameters, including $H_{0}$, $Ω_{m0}$, $Ω_{k0}$ and $Ω_{\Lambda0}$. It's noteworthy that our results are consistent with recent findings from Planck 2018, underscoring the reliability and relevance of our models in the current cosmological context. We also conduct analysis of cosmographic parameters and apply statefinder and diagnostic tests to explore the evolution of the Universe. In addition, the AIC and BIC suggest that the $Λ$CDM model is the preferred model among all our considered models. Our investigation into the models has unveiled intriguing features of the late universe

연구 동기 및 목표

• 허라-리프시츠 중력 이론의 프레임워크 내에서 암흑 에너지의 선형 및 CPL 매개변수화의 실현 가능성 탐구.
• 우주론적 파라미터인 $H_0$, $Ω_{m0}$, $Ω_{k0}$, $Ω_{\Lambda 0}$ 를 포괄적인 관측 데이터 세트를 사용해 제약.
• 우주의 물리적 및 기하학적 진화를 우주학적 및 진단 도구를 통해 평가.
• AIC와 BIC를 사용한 통계적 모형 비교를 통해 복잡성과 적합도를 균형 잡고 데이터에 가장 잘 맞는 모형을 결정.
• 팬텀 유사 암흑 에너지로의 전이 가능성과 그에 따른 우주의 운명에 대한 영향 탐구.

제안 방법

• 허라-리프시츠 중력에서 두 가지 암흑 에너지 모형(선형 모형 I 및 CPL 모형 II)에 대해 상태방정식의 매개변수화를 위한 허블 파라미터 $H(z)$ 를 수립.
• 우주 시계(CC), 초신성 Ia(SNIa), BAO, GRB, 활성은하핵(Q), CMB의 여섯 가지 관측 데이터 세트를 통합한 우도 분석을 수행.
• 비편향성 파rameter를 추정하기 위해 BEAMS with Bias Corrections (BBC) 방법을 사용하여 특히 초신성 Ia의 절대 등급 $M$ 과 $H_0$ 를 추정.
• 우주학적 파라미터(지연도수, 제크, 스냅) 및 진단 도구(상태finder 및 $O_m$ 진단)를 적용하여 우주의 팽창 역학을 탐색.
• Jeffreys 척도를 활용해 AIC와 BIC를 사용한 통계적 모형 비교를 수행하여 모형 선택 평가.
• MCMC 샘플링을 통해 $M$ 과 $H_0$ 의 사후 분포를 유도하고, 두 모형 모두에 대해 윤곽선도로 표현.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 탐측 우주론적 데이터로 제약을 받는 허라-리프시츠 중력 이론 내에서 선형 및 CPL 암흑 에너지 매개변수화는 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ2 이 모형들에서 현재의 $H_0$, $Ω_{m0}$, $Ω_{k0}$, $Ω_{\Lambda 0}$ 값은 얼마이며, Planck 2018 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 상태방정식 매개변수의 진화는 팬텀 유사 행동으로의 전이를 시사하는가? 그리고 이는 우주의 운명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 상태finder 및 $O_m$ 진단은 이 모형들이 상호 간 및 ΛCDM 모형과 어떻게 다름을 보이는가?
• RQ5 정보 기준에 따르면 ΛCDM, 선형, 또는 CPL 중 어느 모형이 적합도와 복잡성의 균형을 가장 잘 유지하는가?

주요 결과

• 선형 모형에서는 현재의 허블 상수는 $H_0 = 74.38 ± 1.26$ km s⁻¹ Mpc⁻¹ 으로 제약되었고, CPL 모형에서는 $H_0 = 74.63 ± 1.29$ km s⁻¹ Mpc⁻¹ 로 나타났으며, 양 모형 모두 Planck 2018 결과와 일치한다.
• 물질 밀도 매개변수는 선형 모형에서 $Ω_{m0} = 0.305 ± 0.015$, CPL 모형에서 $Ω_{m0} = 0.304 ± 0.016$ 로 나타났고, 두 경우 모두 $Ω_{k0}$ 는 거의 0에 가까웠다.
• 상태방정식 매개변수의 진화는 $w(z)$ 가 $-1/3$ 이하로 유지되며, $z < 0$ 에서 팬텀 영역($w < -1$)으로 진입함을 보여, 향후 빅리프의 가능성을 시사한다.
• AIC와 BIC 값은 ΛCDM 모형이 선형 및 CPL 모형보다 낮았고, 그 차이가 4를 초과하여 ΛCDM 모형이 통계적으로 더 유리함을 나타낸다.
• 상태finder 및 $O_m$ 진단은 선형 및 CPL 모형이 저적색 이동에서 ΛCDM 모형과 일치하지만 고적색 이동에서 벗어남을 보여, 미세한 역학적 차이를 시사한다.
• M vs $H_0$ 평면에서의 사후 윤곽선도는 강력한 제약을 보였으며, 선형 모형에서는 $M = -19.230 ± 0.038$, CPL 모형에서는 $M = -19.221 ± 0.040$ 로 나타나, 두 모형 모두 초신성 Ia 거리 측정의 신뢰성을 뒷받침한다.