[논문 리뷰] Data Analysis of three parameter models of deceleration parameter in FRW Universe

Amine Bouali, Himanshu Chaudhary외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 25.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 평탄한 프리드만-레마트르-로버트슨-워커 (FLRW) 우주에서 우주적 데크레멘테이션에서 가속으로의 전이를 모델링하기 위해 네 가지 삼파rameter 매개변수화된 분석기 $q(z)$를 제안한다. MCMC 피팅을 통해 H(z), Pantheon SNIa, BAO 및 CMB 데이터를 사용하여 모델의 매개변수를 제약하고, 우주론적, 상태finder, Om 진단을 평가한다. 주요 결과는 M3(모델 3)가 가장 높은 타당성을 보이며, 저시기 데크레멘테이션 매개변수 $q(-1) \approx -0.7$를 보이고 고적색편이에서 $\Lambda$CDM와 일관된 행동을 보이므로, $\Lambda$CDM에 대한 강력한 대안으로 제시된다.

ABSTRACT

Constraining the dark energy deceleration parameter is one of the fascinating topics in the recent cosmological paradigm. This work aims to reconstruct the dark energy using parametrization of the deceleration parameter in a flat FRW universe filled with radiation, dark energy, and pressure-less dark matter. Thus, we have considered four well-motivated parameterizations of q(z), which can provide the evolution scenario from the deceleration to acceleration phase of the Universe. We have evaluated the expression of the corresponding Hubble parameter of each parametrization by imposing it into the Friedmann equation. We have constrained the model parameter through H(z), Pantheon, and baryons acoustic oscillation (BOA) data. Next, we have estimated the best-fit values of the model parameters by using Monte Carlo Markov Chain (MCMC) technique and implementing H(z)+ BAO+SNe-Ia dataset. Then we analyzed the cosmographic parameter, such as deceleration, jerk, and snap parameters, graphically by employing the best-fit values of the model parameter. Moreover, we have analyzed statefinder and Om diagnostics parameters for each scenario to discriminate various dark energy models. Using the information criteria, the viability of the models have examined. In the end, we have analogized our outcomes with the standard ΛCDM model to examine the viability of our models

연구 동기 및 목표

• 평탄한 FLRW 우주에서 매개변수화된 데크레멘테이션 매개변수 $q(z)$를 통해 암흑 에너지 역학을 재구성한다.
• 데크레멘테이션에서 가속으로의 전이를 묘사하는 네 가지 잘 정립된 삼파라미터 $q(z)$ 모델을 시험한다.
• 최신 관측 데이터 세트인 $H(z)$, Pantheon SNIa, BAO 및 CMB를 사용하여 모델 매개변수를 제약한다.
• 우주론적 매개변수, 상태finder, $Om$ 진단 및 정보 기준을 사용하여 모델의 타당성을 평가한다.
• 모든 모델을 표준 $\Lambda$CDM 모델과 비교하여 상대적 확률과 물리적 타당성을 평가한다.

제안 방법

• 데크레멘테이션에서 가속으로의 전이를 묘사하기 위해 네 가지 삼파라미터 매개변수화된 $q(z)$ 모델을 제안한다.
• 각 $q(z)$ 모델에 대해 프리드만 방정식을 풀어 허블 매개변수 $H(z)$를 유도한다.
• 결합된 관측 데이터 세트인 $H(z)$, Pantheon SNIa, BAO 및 CMB를 사용하여 모델 매개변수를 제약한다.
• 최적 피팅 매개변수 값을 추정하기 위해 몬테카를로 마르코프 체인(MCMC) 기법을 사용한다.
• 최적 피팅 매개변수를 사용하여 우주론적 매개변수—데크레멘테이션, 제트, 스냅—을 계산하고 그래프로 그린다.
• 상태finder 및 $Om$ 진단을 사용하여 암흑 에너지 모델의 행동을 구분하고 모델의 타당성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H(z), Pantheon SNIa, BAO 및 CMB 데이터에서 네 가지 삼파라미터 $q(z)$ 모델은 어떻게 관측 데이터에 피팅되는가?
• RQ2 모델 매개변수의 최적 피팅 값은 무엇이며, 이는 데크레멘테이션, 제트 및 스냅 매개변수의 진화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 상태finder 및 $Om$ 진단은 제안된 모델들이 $\Lambda$CDM와 상호 간에 어떻게 다름을 구분하는가?
• RQ4 정보 기준 및 $\Lambda$CDM와의 비교에 따라 어느 모델이 가장 높은 타당성을 보이는가?
• RQ5 각 모델에서 데크레멘테이션 매개변수의 저시기 행동은 어떠한가, 특히 $z = -1$에서 어떻게 되는가?

주요 결과

• 모델 1(M1)은 고적색편이 및 저적색편이에서 $\Lambda$CDM에 매우 가까이 있으며, $q \to -1$로 수렴하는 데스터리트 상태로 전이된다.
• 모델 2(M2)는 모든 적색편이에서 $\Lambda$CDM와 체계적인 편차를 보이지만, 데스터리트 상태로 수렴하며, $j(0) \approx 0.42$ 및 $s(0) \approx 0.9$를 보인다.
• 모델 3(M3)는 고적색편이에서 $\Lambda$CDM와 일치하지만, 저적색편이에서는 더 느린 가속을 보이며, $q(-1) \approx -0.7$ 및 $s(0) \approx 0.9$를 보인다.
• 모델 4(M4)는 저적색편이에서 초가속화된 팽창을 보이며, $j(0) \approx 2.1$으로 $\Lambda$CDM를 크게 초월하고, $s(0) \approx 0.7$를 보인다.
• 상태finder 진단은 M1과 M4가 퀘이언티스런 행동($r<1, s>0$)을 보이며, $\Lambda$CDM 영역($r<1, s<0$)으로 진입하는 반면, M3는 채플린 기체 유사 행동($r>1, s>0$)에서 출발한다.
• $Om$ 진단은 M1과 M4가 괴상한 행동을 보이며, M2와 M3는 전반적으로 양의 $Om$ 값을 유지하며 일반적인 암흑 에너지 영역에 머물러 있어 정상적인 암흑 에너지의 타당성을 뒷받침한다.