[논문 리뷰] Dark energy in light of recent DESI BAO and Hubble tension

Hao Wang, Yun-Song Piao|arXiv (Cornell University)|2024. 04. 29.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 28

한 줄 요약

논문은 Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES 데이터를 사용해 재결합 이전의 조기 암흑 에너지(EDE)가 있는 w0-wa CDM 모델에 MCMC를 적용해 DESI가 H0를 더 높게 이동시키고 w0를 -1 쪽으로, wa가 음수일 때만 방향을 주며, S8의 동작은 EDE 유형에 따라 달라지고 ns 경향은 1에 가까워진다.

ABSTRACT

Recently, Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) collaboration based on their first year data has reported a $\gtrsim 3σ$ evidence for an evolving dark energy (DE) against the cosmological constant (CC), so the standard $Λ$CDM model. However, it is necessary to access the impact of DESI data on the state equation $w_0$-$w_a$ of DE in the Hubble-tension-free cosmologies, where $w_0$ and $w_a$ is the parameters of state equation of DE. In this paper, using recent DESI BAO measurements combined with Planck CMB and Pantheon Plus dataset, we perform the Monte Carlo Markov Chain (MCMC) analysis for the $w_0w_a$CDM model with possible pre-recombination resolutions of the Hubble tension. It is found that though $w_0>-1$ and $w_a<0$ are still preferred, the CC is also $<2σ$ consistent, while the bestfit Hubble constant $H_0$ are higher than those with pre-DESI BAO data but without the further exacerbation of $S_8$ tension. According to our results, the resolutions of Hubble tension are likely to suppress the extit{preference} of DESI for the evolving DE, thus the claim of ruling out the CC needs to be more cautious regarding not only the recent observational data but also the cosmological tensions.

연구 동기 및 목표

• DESI BAO 데이터가 허블-긴장 해소 우주론에서 암흑에너지 상태방정식에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.
• 축명형(axion-like) EDE 및 AdS-EDE 재결합 전 시나리오를 가진 w0-wa CDM 모델을 평가한다.
• DESI 데이터를 포함했을 때 H0, w0, w_a, S8, n_s의 변화량을 정량화한다.
• DESI 도입 전 분석과 비교하여 EDE를 이용한 허블 긴장의 해결책의 강건성을 평가한다.

제안 방법

• Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES 데이터 세트를 사용하여 MCMC를 수행한다.
• w0-wa CDM 프레임워크 내에서 axion-like EDE와 AdS-EDE의 두 가지 EDE 실현을 탐구한다.
• 파라미터 집합은 axion-like EDE의 경우 {ω_b, ω_cdm, H0, ln(10^10 A_s), n_s, τ_reio, w0, wa, log10 a_c, f_EDE} 및 AdS-EDE의 경우 {ω_b, ω_cdm, H0, ln10^10 A_s, n_s, τ_reio, w0, wa, ln(1+z_c), f_EDE}를 포함한다.
• Table 2에 나열된 사전 범위와 수렴 기준 R-1<0.1을 사용한다.
• 분석에 수정된 CLASS와 MontePython-3.6을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DESI BAO 데이터가 DESI 이전 결과와 비교했을 때 w0-wa CDM+EDE 우주론에서 추정된 H0를 이동시키는가?
• RQ2 DESI 데이터를 포함했을 때 EDE 실현(axion-like 대 AdS)이 w0, wa, S8 및 n_s에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 DESI 포함 분석에서 w0가 -1에 가깝고 wa가 음수라는 지속적인 선호가 있는가?
• RQ4 이 모델들에서 DESI가 추정 물질 밀도 Ω_m에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

매개변수	axion-like EDE	AdS-EDE
100ω_b	2.256(2.272) ± 0.018	2.337(2.336) ± 0.013
ω_cdm	0.128(0.129) ± 0.003	0.134(0.134) ± 0.002
H0	72.43(72.66) ± 0.75	73.32(73.35) ± 0.64
ln10^10 A_s	3.052(3.068) ± 0.014	3.072(3.079) ± 0.015
n_s	0.979(0.992) ± 0.007	0.995(0.995) ± 0.004
τ_reio	0.054(0.060) ± 0.006	0.055(0.059) ± 0.007
w0	-0.971(-0.951) ± 0.035	-0.923(-0.885) ± 0.054
wa	-0.347(-0.236) ± 0.120	-0.435(-0.553) ± 0.132
Ω_m	0.287(0.287) ± 0.006	0.294(0.294) ± 0.005
S8	0.842(0.836) ± 0.013	0.863(0.864) ± 0.010

• DESI 데이터는 더 높은 H0를 선호합니다: 약 72.4 km/s/Mpc (axion-like EDE) 및 약 73.3 km/s/Mpc (AdS-EDE).
• axion-like EDE에서 w0 ≈ -0.971 및 wa ≈ -0.347이고 Ω_m ≈ 0.287 및 S8 ≈ 0.842입니다.
• AdS-EDE에서 w0 ≈ -0.923 및 wa ≈ -0.435이고 Ω_m ≈ 0.294 및 S8 ≈ 0.863입니다.
• n_s가 1에 가깝게 이동합니다 (axion-like EDE의 경우 n_s ≈ 0.979, AdS-EDE의 경우 ≈0.995).
• DESI는 EDE 모델에 따라 S8 긴장을 감소시키거나 유지합니다; axion-like EDE는 DESI 전 데이터보다 더 작은 S8을 보이고, AdS-EDE는 더 높은 H0로 인해 DESI 전 사례와 유사한 S8을 보입니다.
• 전반적으로 Ω_m 값은 DESI ΛCDM 결과(≈0.29)와 일치하지만 DESI 사후 확률로 인해 다소 작게 보일 수 있습니다.