[논문 리뷰] Further support for $S_8$ increasing with effective redshift

Özgür Akarsu, Eoin Ó Colgáin외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 10. 30.

Stochastic processes and financial applications인용 수 6

한 줄 요약

본 논문은 독립 데이터셋(Artis et al. 2024 및 Qu et al. 2024)을 사용하여 유효적색편이(z_eff)에 따른 S8 증가 경향의 통계적 유의성을 정량화하고, 이를 이전 결과와 결합하여 redshift-dependent S8의 약 ~3σ 신호를 나타낸다.

ABSTRACT

In Adil et al. 2023, we reported an increasing trend in $S_8$ with effective redshift $z_{ extrm{eff}}$ based on $f σ_8(z)$ constraints over the redshift range $0 \lesssim z \lesssim 2$, and predicted that this trend would be observable in independent datasets. Recently, the studies by Artis et al. and the ACT+DESI collaboration appeared, presenting data that aligns with the expected trends. In this letter, we quantify the statistical significance of the increasing $S_8$ trends in recent studies by fitting a linear model to estimate the slope $Δ\,S_8/Δ\, z_{ extrm{eff}}$, and comparing the results to mock simulations. We find probabilities of $p = 0.0163$ and $p = 0.01893$, corresponding to approximately $2.1σ$ for each dataset. Using Fisher's method to combine the independent probabilities, we obtained $p=0.0027$ ($2.8 σ$). When we incorporate our earlier findings, the combined statistical significance reaches between $3σ$ and $3.7σ$. Finally, we discuss how ``scatter" in $σ_8$/$S_8$ constraints from recent DESI full-shape galaxy clustering fits this picture at low statistical significance. This letter continues a series of studies initiated in 2020 that explore redshift-dependent $Λ$CDM parameters as an indication of a breakdown in the standard cosmological model.

연구 동기 및 목표

• 잠재적 모델 붕괴를 식별하기 위해 LambdaCDM 매개변수의 적색편향 의존성 테스트를 촉진한다.
• 독립적이고 고품질 데이터셋에서 S8의 유효적색편이에 따른 경향을 정량화한다.
• 데이터셋 간 결과를 결합하여 경향의 전체적인 통계적 유의성을 평가한다.
• 우주론에 대한 시사점과 LambdaCDM 프레임워크의 강건성에 대해 논의한다.

제안 방법

• S8 대 z_eff에 선형 모델을 적합시켜 기울기 Delta S8 / Delta z_eff를 추정한다.
• S8의 오차를 재샘플링하여 100,000개의 모의 realizations를 생성하고 기울기의 영분포를 계산한다.
• 모의치를 이용해 각 데이터셋의 p-값을 계산하고 가우시안 유의성으로 변환한다.
• 피셔 방법을 사용해 독립적인 p-값을 결합하여 공동 유의성을 얻는다.
• Adil et al. (2023)와의 경향을 벤치마크하고 Omega_m 진화에 대한 함의를 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 독립 데이터셋에 걸쳐 S8이 유의하게 증가하는지 통계적으로 나타나는가?
• RQ2 각 데이터셋별 및 결합한 Delta S8 / Delta z_eff의 추정 기울기는 무엇인가?
• RQ3 관찰된 경향이 Planck-LambdaCDM의 기대 및 잠재적 시스템atics와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 S8 경향을 동반할 수 있는 Omega_m의 적색편향 의존성에 대한 증거가 있는가?

주요 결과

• Artis et al. (2024) 데이터에서 기울기 m = 0.18^{+0.08}_{-0.09}, 상수 S8에서 약 2σ 벗어난 값에 해당.
• Qu et al. (2024) 데이터에서 기울기 m = 0.59^{+0.29}_{-0.28}, 상수 S8에서 약 2.1σ 벗어난 값.
• 모의 실현에서 Artis (2024) p = 0.0163, Qu (2024) p = 0.0185, 각 ~2.1σ 유의성.
• 두 독립 데이터셋을 피셔 방법으로 결합한 결과 p = 0.0027 (~2.8σ).
• Adil et al. (2023) 결과를 포함하면 결합 유의성이 3σ에서 3.7σ 사이로 증가한다.
• 세 개의 독립 데이터셋에 걸친 적색편향 S8 경향은 대략 3σ로 결정된다.