[논문 리뷰] The Pantheon+ Analysis: Cosmological Constraints

Dillon Brout, D. Scolnic외 44명|Edinburgh Research Explorer|2022. 02. 08.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 20

한 줄 요약

Pantheon+가 시스템atics를 개선한 상태에서 1701개의 Type Ia 초신성 광曲선(1550개의 SN)을 분석하여 우주론을 제약하고, SN 단독 및 결합 제약으로 H0와 어두운 에너지 매개변수들, 특히 w0와 wa를 얻었다.

ABSTRACT

We present constraints on cosmological parameters from the Pantheon+ analysis of 1701 light curves of 1550 distinct Type Ia supernovae (SNe Ia) ranging in redshift from $z=0.001$ to 2.26. This work features an increased sample size, increased redshift span, and improved treatment of systematic uncertainties in comparison to the original Pantheon analysis and results in a factor of two improvement in cosmological constraining power. For a Flat$Λ$CDM model, we find $Ω_M=0.334\pm0.018$ from SNe Ia alone. For a Flat$w_0$CDM model, we measure $w_0=-0.90\pm0.14$ from SNe Ia alone, H$_0=73.5\pm1.1$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ when including the Cepheid host distances and covariance (SH0ES), and $w_0=-0.978^{+0.024}_{-0.031}$ when combining the SN likelihood with constraints from the cosmic microwave background (CMB) and baryon acoustic oscillations (BAO); both $w_0$ values are consistent with a cosmological constant. We also present the most precise measurements to date on the evolution of dark energy in a Flat$w_0w_a$CDM universe, and measure $w_a=-0.1^{+0.9}_{-2.0}$ from Pantheon+ alone, H$_0=73.3\pm1.1$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ when including SH0ES, and $w_a=-0.65^{+0.28}_{-0.32}$ when combining Pantheon+ with CMB and BAO data. Finally, we find that systematic uncertainties in the use of SNe Ia along the distance ladder comprise less than one third of the total uncertainty in the measurement of H$_0$ and cannot explain the present "Hubble tension" between local measurements and early-Universe predictions from the cosmological model.

연구 동기 및 목표

• 교차 보정된 광도계와 확장된 적색편이 범위를 포함하여 SN Ia 우주론 데이터 세트를 확장한다.
• 보정, 빛 곡선 피팅, 적색편이 및 편향 보정에 걸친 체계적 불확실성을 전파하고 모델링한다.
• SN 데이터만으로와 외부 priors는 SH0ES Cepheids, Planck, BAO에 따라 Omega_M, w0, wa 및 허블 상수(H0)를 동시에 제약한다.
• H0와 허블 긴장에 대한 SN 체계의 영향을 평가한다.
• 재현성과 추가 분석을 가능하게 하기 위해 데이터, 시뮬레이션 및 공분산 행렬을 공개한다.

제안 방법

• SALT2 빛 곡선 적합을 통해 SN Ia 밝기를 표준화하고 m_B, x1, c, t0를 얻는다.
• 알파, 베타, 감마, delta_bias 및 호스트 질량 보정(delta_host)을 포함하는 BBC 유사 추정기를 사용하여 거리 모듀를 계산한다.
• 불 binning된 통계적 및 체계적 공분산 행렬을 1701개의 빛 곡선에 대해 구성하여 불확실성을 전파한다.
• C_stat+syst를 갖고 최소제곱합(chi-squared)을 최소화하여 우주론을 제약하고, H(z)가 H0, Omega_M 및 w 매개변수로 기술되는 평탄/곡률 우주론에서 모형 거리를 사용한다.
• SH0ES Cepheid 호스트 거리와 그 공분산을 결합해 SN+Cepheid 결합 제약을 얻고, 확장된 모델을 위해 Planck/BAO 가능도와 결합한다.
• 편향 방지를 위해 cosmology-hidden 잔차와 시프트된 CosmoSIS 체인을 사용하는 블라인드 분석이다.

Figure 1: Analysis roadmap of this work and supporting/complementary Pantheon+ and SH0ES papers. Components of the analysis here are shown in blue. The companion paper R22, which provides a constraint on H 0 , requires the Hubble diagram and covariance computed in this work. Likewise, measurements o

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pantheon+ SN Ia 데이터 단독으로 Omega_M, w0, wa에 대해 어떤 우주론 제약을 얻을 수 있는가?
• RQ2 SN 체계와 교차 보정이 H0 및 어두운 에너지 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 SH0ES Cepheid 교정기를 포함하면 H0 및 팽창 역사는 어떻게 달라지는가?
• RQ4 Planck 및 BAO 데이터가 Pantheon+와 결합되어 평탄한 w0wa CDM 모델을 제약하는가?
• RQ5 Pantheon+ 결과가 여러 매개변수화에서 일정한 우주상수와 일치하는가?

주요 결과

• 평탄 LambdaCDM에서 SN Ia 단독 제약은 Omega_M = 0.334 ± 0.018이다.
• 평탄한 w0CDM에서 SN Ia 단독 제약은 w0 = -0.90 ± 0.14; SH0ES Cepheid 호스트와 함께면 H0 = 73.5 ± 1.1 km s^-1 Mpc^-1이다.
• Combined SN+Planck+BAO에서 w0 = -0.978^{+0.024}_{-0.031}, 이는 우주상수와 일치한다.
• 평탄한 w0waCDM에서 Pantheon+ 단독 제약은 w0 wa = -0.1^{+0.9}_{-2.0}; SH0ES와 함께면 H0 = 73.3 ± 1.1; Planck+BAO와 함께면 w0 wa = -0.65^{+0.28}_{-0.32}이다.
• SN Ia의 체계 불확실성은 H0의 총 불확실성의 3분의 1 미만에 기여하며 현재의 허블 긴장을 설명할 수 없다.
• 이 분석은 Flat w0waCDM 프레임워크에서 어두운 에너지의 진화에 대해 지금까지의 가장 정밀한 측정을 제공한다.

Figure 2: Comparison between observed data (black points) and simulations (blue lines) for the largest subsamples in this analysis: DES, HST , SDSS, SNLS, PS1, LOW- $z$ , Foundation (FOUND). We compare three key distributions: the SALT2 light-curve-fit parameters $x_{1}$ and $c$ are shown as well as