[논문 리뷰] Cosmic Discordance: Planck and luminosity distance data exclude LCDM

Eleonora Di Valentino, A. Melchiorri외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 15.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 플랑크 위성의 우주 마이크로파배경(CMB) 비균일도 데이터를 밝기 거리 측정치와 조합하여, 평탄한 람다CDM 모형이 99% 신뢰수준에서 배제됨을 발견하였다. 결과는 표준 모형에 근본적인 결함이 있거나 현재 데이터에 알려지지 않은 시스템적 오차가 있음을 시사하며, 우주론적 기준 틀을 도전한다.

ABSTRACT

We show that a combined analysis of CMB anisotropy power spectra obtained by the Planck satellite and luminosity distance data simultaneously excludes a flat universe and a cosmological constant at $99 \%$ C.L. These results hold separately when combining Planck with three different datasets: the two determinations of the Hubble constant from Riess et al. 2019 and Freedman et al. 2020, and the Pantheon catalog of high redshift supernovae type-Ia. We conclude that either LCDM needs to be replaced by a drastically different model, or else there are significant but still undetected systematics. Our result calls for new observations and stimulates the investigation of alternative theoretical models and solutions.

연구 동기 및 목표

• 결합된 CMB 및 밝기 거리 데이터를 사용하여 평탄한 람다CDM 모형의 일관성을 시험하는 것.
• 현재의 우주론적 데이터가 우주상수와 공간 평탄성을 지지하는지 평가하는 것.
• 허블 상수 측정치의 이질성과 초신성 데이터가 함께 표준 모형을 뒤흔들 수 있는지 조사하는 것.
• 관측된 우주론적 매개변수의 갈등이 새로운 물리학을 시사하는지 또는 알려지지 않은 시스템적 오차를 의미하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 플랑크 위성의 CMB 비균일도 스펙트럼을 고적색도의 초신성(판톤 카탈로그)에서의 밝기 거리 데이터와 조합한다.
• 최근 두 가지 허블 상수 측정치를 통합한다: 리에스 등 (2019)과 프리드먼 등 (2020).
• 평탄한 람다CDM 가정 하에 우주론적 매개변수를 제약하기 위해 공동 우도 분석을 수행한다.
• 빈도주의 통계 방법을 사용하여 모형 배제에 대한 신뢰수준을 계산한다.
• 플랑크 데이터를 각각의 세 가지 외부 데이터셋과 별도로 조합하여 결과의 강인성을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 플랑크 CMB 데이터와 밝기 거리 측정치의 조합은 평탄한 람다CDM 우주를 지지하는가?
• RQ2 현재의 허블 상수 측정치와 초신성 데이터는 표준 모형과 어느 정도 충돌하는가?
• RQ3 관측된 우주론적 매개변수의 갈등은 평탄한 람다CDM 모형을 배제할 정도로 통계적으로 유의미한가?
• RQ4 알려지지 않은 시스템적 오차가 관측된 불일치를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 플랑크 CMB 데이터와 밝기 거리 데이터의 통합 분석은 평탄한 우주와 우주상수를 99% 신뢰수준에서 배제한다.
• 이 배제 결과는 플랑크 데이터를 리에스 등 (2019), 프리드먼 등 (2020), 그리고 판톤 초신성 카탈로그라는 세 가지 별개의 데이터셋과 별도로 조합할 때도 동일하게 유지된다.
• 이 결과는 현재 관측 데이터와 표준 람다CDM 모형 예측 사이에 심각한 불일치가 있음을 시사한다.
• 결과는 람다CDM 모형이 근본적으로 다른 우주론적 틀로 대체되어야 하거나, 데이터에 알려지지 않은 시스템적 오차가 존재할 가능성이 있음을 암시한다.