[논문 리뷰] Updated constraints from the effective field theory analysis of BOSS power spectrum on Early Dark Energy

Théo Simon, Pierre Zhang외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 11.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BOSS 파wer 스펙트럼의 업데이트된 효과적 장이론(EFT) 분석을 통해 초기 어두운 에너지(EDE)에 대한 제약 조건을 재평가하며, 창문 함수의 보정되지 않은 정규화 오류를 수정한다. EFTBOSS 데이터만으로는 이전 연구에 비해 EDE 제약 조건이 약화되지만, Planck 및 SH0ES 데이터와 조합할 경우 EDE는 $f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$로 타당하게 유지되며, 허블 긴장 문제는 $2.1\sigma$로 감소한다. 다만 SH0ES 보정은 EDE를 $5\sigma$ 이상의 강력한 지지로 favor한다.

ABSTRACT

Analyses of the full shape of BOSS DR12 power spectrum using the one-loop prediction from the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTBOSS) have led to new constraints on extensions to the $Λ$CDM model, such as Early Dark Energy (EDE) which has been suggested as a resolution to the "Hubble tension". In this paper, we re-assess the constraining power of the EFTBOSS on EDE in light of a correction to the normalization of BOSS window functions. Overall we find that constraints from EFTBOSS on EDE are weakened, and represent a small change compared to constraints from Planck and the conventional BAO/$fσ_8$ measurements. The combination of Planck data with EFTBOSS provides a bound on the maximal fractional contribution of EDE $f_{ m EDE}<0.083$ at 95% C.L. (compared to $<0.054$ with the incorrect normalization, and $<0.088$ without full-shape data) and the Hubble tension is reduced to $2.1σ$. However, the more extreme model favored by an analysis with just data from the Atacama Cosmology Telescope is disfavored by the EFTBOSS data. We also show that the updated Pantheon+ Type Ia supernova analysis can slightly increase the constraints on EDE. Yet, the inclusion of the SN1a magnitude calibration by SH0ES strongly increases the preference for EDE to above $5σ$, yielding $f_{ m EDE}\sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$ around the redshift $z_c=4365^{+3000}_{-1100}$. Our results demonstrate that EFTBOSS data (alone or combined with Planck data) do not exclude the EDE resolution of the Hubble tension.

연구 동기 및 목표

• BOSS 파워 스펙트럼에 대한 효과적 장이론(EFT) 분석을 활용해 초기 어두운 에너지(EDE)에 대한 제약 조건을 재평가하며, 이전에 고려되지 않은 BOSS 창문 함수의 정규화 오류를 수정한다.
• 이 보정이 EDE 모델이 허블 긴장을 해결하고자 할 때 EFTBOSS 데이터의 제약 능력에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.
• EFTBOSS 데이터가 Planck, BAO/fσ8, Pantheon+, SH0ES 데이터와 조합되었을 때 EDE에 대한 선호도와 잔여 허블 긴장에 어떤 영향을 미치는지 조사한다.
• EFTBOSS 데이터가 Atacama Cosmology Telescope(ACT) 데이터만으로도 선호하는 극단적 EDE 모델을 배제하는지 판단한다.

제안 방법

• 이 연구는 효과적 장이론의 대규모 구조(EFTBOSS) 이론에서 유도된 1계 예측을 BOSS DR12 파워 스펙트럼의 전체 형태에 적용하며, 업데이트된 창문 함수 정규화를 포함한다.
• Planck 고ℓ 및 저ℓ TT, EE, 렌즈링; ACT DR4; BOSS BAO 및 fσ8 측정치; EFTBOSS CMASS 및 LOWZ; Pantheon 및 Pantheon+ SN1a; SH0ES H₀ 측정치를 포함한 다수의 천체물리학 데이터세트를 사용해 공동 우도 분석을 수행한다.
• EDE 모델과 ΛCDM 모델 간의 Δχ²를 계산하여 통계적 선호도를 평가하며, 자유도 3인 χ² 분포를 기반으로 유의수준을 평가한다.
• SH0ES가 EDE에 대한 선호도를 어떻게 증가시키는지 정량화하기 위해 텐션 지표수식 $Q_{\rm DMAP} = \sqrt{\chi^{2}(\text{SH0ES 포함}) - \chi^{2}(\text{SH0ES 제외})}$ 를 사용한다.
• EFTBOSS 우도는 파워 스펙트럼의 전체 형태, 비선형 및 적외선 보정을 포함하여 초기 어두운 에너지에 대한 민감도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BOSS 창문 함수의 정규화를 보정함으로써 EFTBOSS의 초기 어두운 에너지(EDE)에 대한 제약 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 EFTBOSS 데이터만으로는 물론 Planck 데이터와 조합했을 때 EDE를 포함한 모델에서 허블 긴장을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ3 EFTBOSS 데이터는 Atacama Cosmology Telescope(ACT) 데이터만으로 선호되는 극단적 EDE 모델을 배제하는가?
• RQ4 SH0ES magnitude 보정이 EFTBOSS 및 Planck 데이터와 함께 포함되었을 때 EDE에 대한 선호도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 보정된 BOSS 창문 함수 정규화는 EFTBOSS의 EDE 제약 조건을 약화시키며, 잘못된 정규화 대비 최대 EDE 기여 비율에 대한 95% 신뢰 상한선이 $f_{\rm EDE} < 0.083$로 증가한다. 이는 이전의 $<0.054$보다 높은 값이다.
• Planck 데이터와 조합했을 때 EFTBOSS는 허블 긴장을 $2.1\sigma$로 감소시켜, EDE가 여전히 허블 긴장을 해결하는 타당한 해결책임을 시사한다.
• ACT DR4 데이터만으로 선호되는 극단적 EDE 모델은 업데이트된 EFTBOSS 분석에서 배제되며, ACT와 EFTBOSS를 조합했을 때 EDE에 대한 선호도는 단지 $1.7\sigma$에 불과하다.
• 업데이트된 Pantheon+ SN1a 분석은 EDE 제약 조건을 약간 강화하지만, SH0ES magnitude 보정의 포함은 EDE에 대한 선호도를 $5\sigma$ 이상으로 크게 증가시켜 $f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$ at $z_c \sim 4365^{+3000}_{-1100}$을 도출한다.
• EFTBOSS 데이터만으로는 EDE가 허블 긴장을 해결하는 데 실패하지 않으며, EFTBOSS, Planck, SH0ES 데이터의 조합은 높은 유의수준에서 비제로 EDE 기여를 지지한다.