[论文解读] Can recent DESI BAO measurements accommodate a negative cosmological constant?

Hao Wang, Ze-Yu Peng+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用 6

一句话总结

本文分析一个 w0-wa CDM+CC 模型，使用 Planck18DESIPantheon Plus 数据，发现对负宇宙常数略偏好（Omega_Lambda ~ -0.3），但 Omega_Lambda = 0 仍在 1σ 区间内。

ABSTRACT

Anti-de Sitter vacuum, which correspond to a negative cosmological constant (CC), is theoretically important and well-motivated. However, whether it exists in reality or not has always been a controversial issue. In this paper, we perform the search for the negative CC using recent Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) baryon acoustic oscillation measurements combined with Planck cosmic microwave background and Pantheon Plus supernova data. Though we did not find the evidence for negative CC, we observed the indication for it, the negative CC is preferred at $>68\%$ significance level, while such a negative CC can make the state equation of evolving dark energy component (coexisting with negative CC) $w\geqslant -1$. Our work highlights the potential of upcoming cosmological surveys to search for the negative CC.

研究动机与目标

• 激发研究 AdS（负 CC）真空对晚期宇宙学的影响。
• 在 Planck18 DESI Pantheon Plus 数据集上测试带额外 CC 分量的 w0-wa 暗能量模型的可行性。
• 量化负 Omega_Lambda 是否能改善拟合，以及它如何改变推断的暗能量参数。
• 评估对低红移观测量如 D_H(z)/r_d 和 D_M(z)/r_d，以及对有效暗能量方程的含义。
• 讨论在使用完整 DESI 数据时的潜在观测特征与未来展望。

提出的方法

• 建立以 Omega_x 作为 DE 分量、Omega_Lambda 作为 CC 分量的 w0-wa CDM+CC 参数化，通过 Omega_Lambda = 1 - Omega_m - Omega_r - Omega_x。
• 使用改装的 MontePython-3.6 和 CLASS 代码进行 MCMC 分析。
• 数据组合包括 Planck 2018（low-l 和 high-l TT,TE,EE 以及 lensing）、DESI BAO 测量，以及 Pantheon+ SN 数据。
• 对宇宙学参数使用扁平先验（例如 w0 在 [-2,0.34]，wa 在 [-3,2]，Omega_x 在 [0,10]）。
• 通过卡方和边缘化后验来评估模型拟合，并检查 Omega_Lambda = 0 在 1σ 内的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当与 Planck 和 Pantheon+ 数据结合时，DESI BAO 数据是否偏好负的宇宙常数？
• RQ2 允许 Omega_Lambda 为负如何影响推断出的暗能量方程状态参数 w0 和 wa？
• RQ3 当 Omega_Lambda 为负时，对低红移距离量（D_H(z)/r_d, D_M(z)/r_d）有哪些印记？
• RQ4 Omega_Lambda = 0 仍然在 1σ 内拟合良好吗，还是数据偏好一个适度负值？
• RQ5 在负 Omega_Lambda 下，有效暗能量参数 w_eff(0) 与 w_eff'(0) 的表现如何？

主要发现

• 最佳拟合的 CC 能量密度约为 Omega_Lambda ~ -0.296 至 -0.281，取决于数据集，即一个较小的负 CC 能略微改善拟合。
• 负 Omega_Lambda ~ -0.3 对应 Delta chi^2 约为 -0.8，表明相比无 CC 的模型有适度的改进（在不确定性范围内）。
• Omega_Lambda = 0 仍然与数据在 1σ 内一致，即没有对零 CC 的决定性证据。
• 在负 CC 情景中，有效暗能量参数发生偏移，使在固定 w0, wa 的情况下 w0_eff > w0 且 w_a_eff < w_a，促使 (w0, wa) 向 (−1, 0) 偏移。
• 负 Omega_Lambda 在低红移时倾向于略微抑制 D_H(z)/r_d 与 D_M(z)/r_d，在 z_eff ≈ 0.51 和 0.71 附近有微小改进。
• 该研究将结果框定为一个现象学提示：类 AdS 的真空可能具有可观测的低红移特征，值得进一步的 DESI 数据研究。