[論文レビュー] Can late dark energy restore the Cosmic concordance

Z. Zhou, Gang Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2021

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、後期のダークエネルギーモデル—具体的には遷移的ダークエネルギー（TDE）および修正された出現的ダークエネルギー（MEDE）—が、宇宙論におけるH₀およびS₈の不一致を解消できるかどうかを調査する。BOSS BAOデータを除外した場合、TDEモデルはH₀の不一致を3.1σから1.1σに軽減するが、MEDEモデルはSNe Iaデータを除外することでH₀の不一致を軽減する。しかし、両モデルともS₈の不一致を解消できず、CMB、BAO、およびCepheidで校正されたSNe Iaの『不可能な三重奏』—すなわち、これらのデータを同時に整合可能にするのは、後期のダークエネルギーフレームワーク内では不可能である—は解消されない。

ABSTRACT

The tension between inferences of Hubble constant ($H_0$) is found in a large array of datasets combinations. Modification to the late expansion history is the most direct solution to this discrepancy. In this work we examine the viability of restoring the cosmological concordance within the scenarios of late dark energy. We explore two representative parameterizations: a novel version of transitional dark energy (TDE) and modified emergent dark energy (MEDE). We find that, the main anchors for the cosmic distance scale: cosmic microwave background (CMB), baryon acoustic oscillation (BAO), and SNe Ia calibrated by Cepheids form a ``impossible trinity'', i.e., it's plausible to reconcile with any of the two but unlikely to accommodate them all. Particularly, the tension between BAO and the calibrated SNe Ia can not be reconciled within the scenarios of late dark energy. Nevertheless, we still find a positive evidence for TDE model in analysis of all datasets combinations, while with the the exclusion of BOSS datasets, the tensions with SH0ES drops from $3.1\sigma$ to $1.1\sigma$. For MEDE model, the tension with $H_0$ is much alleviated with the exclusion of SNe dataset. But unfortunately, in both TDE and MEDE scenarios, the $S_8$ tension is not relieved nor exacerbated.

研究の動機と目的

• 後期のダークエネルギーモデルが、H₀およびS₈の矛盾する測定値を調和させることで、宇宙の調和的整合性を回復できるかどうかを評価すること。
• 遷移的ダークエネルギー（TDE）および修正された出現的ダークエネルギー（MEDE）という2つの後期のダークエネルギーパラメータ化の妥当性を調査すること。
• CMB、BAO、およびCepheidで校正されたSNe Iaデータの組み合わせが、これらのモデル内で同時に調和可能かどうかを特定すること。
• 特にBOSSなどの特定の調査を除外する場合に、H₀およびS₈の不一致の強度がどのように変化するかを評価し、その頑健性を検証すること。

提案手法

• 本研究は、新しい形の遷移的ダークエネルギー（TDE）および修正された出現的ダークエネルギー（MEDE）の2つのパラメータ化を用い、後期のダークエネルギーの進化をモデル化する。
• 宇宙論的データセットとして、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）、バリオン音響振動（BAO）測定値、およびCepheid距離で校正されたIa型超新星（SNe Ia）を用いる。
• 標準的宇宙論モデルとの整合性をテストするために、複数のデータセットの組み合わせを用いた統合尤度推論を実施する。
• カイ二乗統計およびベイズ的証拠を用いて、H₀およびS₈の不一致の有意性を評価し、特にSH0ESおよびPlanckデータに注目する。
• 特にBOSS BAOおよびSNe Iaを除外するなど、特定のデータセットを系統的に除外することで、その除外が不一致軽減に与える影響を評価する。
• 統計的有意水準（例：σ値）を用いて、不一致の軽減または持続の程度を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後期のダークエネルギーモデルは、CMBと局所的測定の間のH₀の不一致を調和させることができるか？
• RQ2 CMB、BAO、およびCepheidで校正されたSNe Iaデータの組み合わせは、後期のダークエネルギーモデルと同時に整合可能か？
• RQ3 BOSS BAOデータを除外した場合、TDEモデルはH₀の不一致を軽減するか？
• RQ4 SNe Iaデータを除外した場合、MEDEモデルはH₀の不一致を軽減するか？
• RQ5 TDEまたはMEDEモデルは、S₈の不一致を解消できるか、それとも同じまま残るか？

主な発見

• BOSS BAOデータを除外した場合、TDEモデルはH₀の不一致を3.1σから1.1σに軽減し、著しい不一致の緩和を示している。
• SNe Iaデータを削除した場合、MEDEモデルはH₀の不一致を軽減しており、このフレームワーク内ではSNe Iaが不一致の主な要因である可能性を示唆している。
• CMB、BAO、およびCepheidで校正されたSNe Iaの組み合わせは『不可能な三重奏』を形成しており、後期のダークエネルギーモデル内では、これら3つを同時に調和させることはほとんど不可能である。
• TDEおよびMEDEの両モデルとも、S₈の不一致を解消できず、標準のΛCDMモデルと同等のレベルで不一致が持続する。
• TDEおよびMEDEの両シナリオにおいても、S₈の不一致は変化せず、後期のダークエネルギーだけでは、この特定の不一致を解消できないことが示された。
• H₀の不一致に対しては部分的な軽減が見られるものの、後期のダークエネルギーの仮定下でも、宇宙距離階層の根本的な不一致は解消されていない。