[논문 리뷰] Is it time to go beyond $\Lambda$CDM universe?

A.I. Lonappan, Ruchika Ruchika외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 20.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 최근 천체물리학적 데이터를 사용하여 ΛCDM 모델의 일관성을 재평가한다. 여기에는 SNe Ia, BAO, CMB, H(z), 성장률 및 Riess16에서 구한 허블 상수 포함된다. H₀ 및 성장률 측정치 간의 갈등에도 불구하고, Om 진단은 ΛCDM 모델이 95% 신뢰수준에서 일관됨을 확인하며, Planck-2015보다 略적으로 낮은 Ωₘ₀를 지닌다. 이는 ΛCDM 모델이 현재 가장 우수한 모델임을 지지한다.

ABSTRACT

Concordance $\\Lambda$CDM universe is the simplest model that is consistent with a large variety of cosmological observations till date. But few recent observations indicate inconsistencies in $\\Lambda$CDM model. In this paper, we consider the combination of recent SnIa+Bao+Cmb+Growth+$H(z)$+$H_{0}$ measurements to revisit the constraints on the dark energy evolution using the widely studied CPL parametrisation for the dark energy equation of state. Although the reconstructed behaviour for the dark energy equation of state confirms the inconsistency of $\\Lambda$CDM at $95\\%$ confidence level, the reconstructed $Om$ diagnostic which is a {\\it null test} for $\\Lambda$CDM, still allows the concordance $\\Lambda$CDM behaviour with a lower range of $\\Omega_{m0}$ than that obtained by Planck-2015. {\\it This confirms that $\\Lambda$CDM is still the best choice for the dark energy model}. We also measure the parameter $S = \\sigma_{8}\\sqrt{\\Omega_{m0}/0.3} = 0.728 \\pm 0.023$ which is consistent with its recent measurement by KiDS survey. The confidence contour in the $\\Omega_{m0}-\\sigma_{8}$ parameter plane is also fully consistent with KiDS survey measurement.

연구 동기 및 목표

• 최근의 천체물리학적 갈등, 특히 H₀ 및 성장률에서의 갈등이 ΛCDM 모델을 도전하는가를 테스트하기 위해.
• Ωₘ₀에 종속되지 않는 Om 진단을 통해 ΛCDM 모델의 강건성을 평가하기 위해.
• 현재 관측 데이터와의 비교를 통해 다크 에너지 진화에 대한 CPL 및 7CPL 매개변수화 방식의 제약 조건을 평가하기 위해.
• S=σ₈√(Ωₘ₀/0.3) 매개변수 및 Ωₘ₀–σ₈ 등고선이 KiDS 조사 측정치와 일관한가 평가하기 위해.
• H₀ 및 성장 데이터에서 관측된 격차가 ΛCDM를 넘어서는 모델이 필요하다는 것을 판단하기 위해.

제안 방법

• 시간에 따라 변화하는 다크 에너지 상태방정식을 모델링하기 위해 CPL 매개변수화 w(a) = w₀ + wₐ(1−a)를 사용한다.
• SNe Ia(jla), BAO, CMB 이동 및 음향 스케일, H(z) 측정치(Riess16 포함), 성장률 데이터를 포함한 통합 데이터셋을 활용한다.
• Ωₘ₀에 종속되지 않는 ΛCDM 검증을 위해, Om(z) = [E²(z)−1]/[E³(z)−1]로 정의된 Om(z) 진단을 재구성한다. 여기서 E(z) = H(z)/H₀이다.
• 고정 모델을 더 잘 맞추기 위해 7CPL 매개변수화 w = w₀ + wₐ(z/(1+z))⁷를 적용한다.
• 베이지안 매개변수 추정 및 w₀–wₐ 및 Ωₘ₀–σ₈ 평면에서의 신뢰도 등고선 분석을 수행한다.
• 재구성된 S = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)를 KiDS 조사 측정치와 비교하여 일관성 여부를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 천체물리학적 데이터, 특히 H₀ 갈등과 성장률 격차를 포함하여 ΛCDM 모델이 여전히 일관한가?
• RQ2 Ωₘ₀에 종속되지 않는 Om 진단이 H₀ 및 성장률 갈등에도 불구하고 ΛCDM 모델을 지지하는가?
• RQ3 CPL 및 7CPL 매개변수화에서의 w₀ 및 wₐ 제약 조건이 관측 데이터, 특히 Riess16 및 KiDS와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 S = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)의 측정값이 95% 신뢰수준에서 KiDS 조사 측정치와 일치하는가?
• RQ5 다양한 H(z) 측정치와 함께 사용될 경우, Om 진단이 ΛCDM에 대한 강력한 근본 테스트로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• CPL 매개변수화를 사용한 재구성된 다크 에너지 상태방정식은 Planck+Riess16를 사용한 이전 결과와 일치하여 95% 신뢰수준에서 ΛCDM와 불일치함을 보여준다.
• Om 진단은 동일한 데이터셋을 사용함에도 불구하고 ΛCDM가 현재 데이터와 95% 신뢰수준에서 일관됨을 확인한다. Ωₘ₀의 95% 신뢰구간은 [0.251, 0.292]이며, Planck-2015의 값보다 略적으로 낮다.
• S = σ₈√(Ωₘ₀/0.3)는 0.728 ± 0.023로 측정되었으며, 최근 KiDS 조사 측정치와 완전히 일치한다.
• Ωₘ₀–σ₈ 평면에서의 신뢰도 등고선은 KiDS 조사 결과와 완전히 일치하며, 현재 제약 조건의 강건성을 강화한다.
• 고정 모델을 위한 설계된 7CPL 매개변수화는 여전히 95% 신뢰수준에서 일정한 Om을 허용하는 Om(z) 재구성을 제공하며, 이는 매개변수화 방식의 선택과 관계없이 ΛCDM 일관성이 확인됨을 확인한다.
• 고정 모델은 95% 신뢰수준에서 데이터와 불일치하지만, 해방 모델은 약간 허용 가능하다. 그러나 Om 진단은 여전히 가장 신뢰할 수 있는 근본 테스트로서, 갈등이 있음에도 불구하고 ΛCDM의 타당성을 확인한다.