[논문 리뷰] Interacting Dark Energy after DESI Baryon Acoustic Oscillation measurements

William Giarè, Miguel A. Sabogal외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 04. 23.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 11

한 줄 요약

Planck-2018 및 DESI BAO 데이터를 사용한 이 논문은 Interacting Dark Energy 모형에서 비제로 DM–DE 결합(xi < 0)에 대한 선호를 발견하고, H0 ≈ 71.4 km/s/Mpc를 도출하며 허블 튐 현상을 완화하는 데 도움을 준다; 추가 SN 및 cosmic chronometer 데이터와 함께도 결과는 여전히 우호적이다.

ABSTRACT

We investigate the implications of the Baryon Acoustic Oscillations measurement released by the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) for Interacting Dark Energy (IDE) models characterized by an energy-momentum flow from Dark Matter to Dark Energy. By combining Planck-2018 and DESI data, we observe a preference for interactions, leading to a non-vanishing interaction rate $ξ=-0.32^{+0.18}_{-0.14}$, which results in a present-day expansion rate $H_0=70.8^{+1.4}_{-1.7}$ km/s/Mpc, reducing the tension with the value provided by the SH0ES collaboration to less than $\sim 1.3 σ$. The preference for interactions remains robust when including measurements of the expansion rate $H(z)$ obtained from the relative ages of massive, early-time, and passively-evolving galaxies, as well as when considering distance moduli measurements from Type-Ia Supernovae sourced from the Pantheon-plus catalog using the SH0ES Cepheid host distances as calibrators. Overall, the IDE framework provides an equally good, or better, explanation of both high- and low-redshift background observations compared to $Λ$CDM, while also yielding higher $H_0$ values that align more closely with the local distance ladder estimates. However, a limitation of the IDE model is that it predicts lower $Ω_{m}$ and higher $σ_{8}$ values, which may not be fully consistent with large-scale structure data at the perturbation level.

연구 동기 및 목표

• ΛCDM를 넘어 후기에 나타나는 새로운 물리학을 탐구하도록 동기를 부여한다.
• DESI BAO 데이터가 DM에서 DE로의 에너지 전달이 있는 상호작용 암 에너지 모델을 얼마나 제약하는지 평가한다.
• Planck-2018 및 다른 저- 및 고적색 탐침과의 조합에서 IDE가 H0와 Ωm에 미치는 영향을 정량화한다.

제안 방법

• Q = H xi ρ_DE로 표현되는 DM to DE 에너지-운동량 전달과 거의 코스모럴 상수 같은 DE 방정식 상태 w ≈ -1인 IDE 프레임워크를 채택한다.
• 초기 시점 섭동 불안정을 w = -1 + ε로 설정하고 ε ≈ 0 (ε → 0)로 정규화한다.
• IDE를 포함하도록 볼츠만 코드 CLASS를 수정하고 MCMC 샘플링을 위해 COBAYA로 분석한다.
• 상관관계가 있는 Planck-2018 CMB 가능도와 DESI BAO 측정치(D_M/r_d, D_H/r_d, D_V/r_d)를 사용한다.
• SH0ES Cepheid 보정과 함께 SN Pantheon-plus 데이터 및 CC H(z) 측정을 포함하여 IDE 제약의 강건성을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DESI BAO 데이터가 IDE 모델 내에서 비제로 DM→DE 에너지 전달 매개변수 xi를 선호하는가?
• RQ2 IDE 대비 LCDM에서 Planck-2018+DESI의 결합이 H0와 Ωm에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 Planck+DESI와 결합했을 때 SN(Pantheon-plus with SH0ES calibrators)과 Cosmic chronometers의 IDE 선호가 지속되는가?
• RQ4 다양한 적색sh traj에서 BAO 거리 측정에 대한 IDE 예측은 LCDM과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 DESI 정보를 포함할 때 고적색과 저적색 데이터가 IDE를 LCDM보다 공동으로 선호하는가?

주요 결과

• Planck-2018+DESI는 xi = -0.38^{+0.18}_{-0.16}를 도출하여 비제로 DM→DE 전달에 대한 선호를 95% CL 이상으로 보여준다.
• 공동 Planck+DESI 분석에서 H0 = 71.4 ± 1.5 km/s/Mpc로 SH0ES와 일치한다.
• CC 또는 SN 데이터를 추가해도 xi ≠ 0가 95% CL 이상으로 유지되고 LCDM보다 더 높은 H0 값을 유지한다.
• 모든 데이터 세트에서 IDE는 LCDM보다 더 낮고(더 나은) χ^2를 초래한다(Δχ^2가 음수).
• 베이지안 증거(ln B_ij)가 불확실하며, IDE와 LCDM은 χ^2의 개선에도 불구하고 현재 데이터에 대해 동등하게 타당하게 맞춘 것으로 보인다.