[論文レビュー] Updated constraints from the effective field theory analysis of BOSS power spectrum on Early Dark Energy

Théo Simon, Pierre Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、BOSSパワー スペクトルの更新された有効場理論（EFT）分析を用いて、初期ダークエネルギー（EDE）の制約を再評価し、窓関数における正規化誤差を是正している。EFTBOSSデータのみでは、以前の研究と比較してEDEの制約が弱まるが、PlanckおよびSH0ESデータと組み合わせると、EDEは依然として妥当であり、$f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$（$z_c \sim 4365$）の条件下で、ハッブル緊張を2.1σにまで軽減する。ただし、SH0ESのキャリブレーションはEDEを5σ以上強く支持する。

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.

研究の動機と目的

• BOSSパワー スペクトルの有効場理論（EFT）分析を用いて、初期ダークエネルギー（EDE）の制約を再評価し、BOSS窓関数における以前に考慮されていなかった正規化誤差を是正すること。
• この是正が、ハッブル緊張を解消することを目的としたEDEモデルにおけるEFTBOSSデータの制約力に与える影響を評価すること。
• EFTBOSSデータが、Planck、BAO/fσ8、Pantheon+、およびSH0ESデータと組み合わせられた場合、EDEの好みや残存するハッブル緊張に与える影響を調査すること。
• EFTBOSSデータが、ACTデータのみで支持される極端なEDEモデルを否認するかどうかを特定すること。

提案手法

• 本研究では、有効場理論による大スケール構造（EFTBOSS）の1ループ予測を、更新された窓関数正規化を組み込んだBOSS DR12パワー スペクトルの全形状に適用した。
• 複数の宇宙論的データセットを用いた統合尤度解析を実施した：Planckの高ℓおよび低ℓ TT、EE、レンズ効果；ACT DR4；BOSSのBAOおよびfσ8測定；EFTBOSSのCMASSおよびLOWZ；PantheonおよびPantheon+のSNe Ia；SH0ESのH₀測定。
• EDEモデルとΛCDMモデルの間のΔχ²を計算し、統計的優位性を3自由度のχ²分布に基づいて評価した。
• SH0ESがEDEの好みに与える影響を定量化するために、$Q_{\rm DMAP} = \sqrt{\chi^{2}(\text{SH0ESを含む}) - \chi^{2}(\text{SH0ESを除く})}$ という緊張度指標を用いた。
• EFTBOSS尤度は、非線形および赤方偏移補正を含むパワー スペクトルの全形状から導出され、初期ダークエネルギーに対する感度を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BOSS窓関数の正規化を是正することで、EFTBOSSによる初期ダークエネルギー（EDE）の制約にどのような影響が生じるか？
• RQ2 EFTBOSSデータが、EDEを含むモデルにおいて、Planckデータと組み合わせた場合、ハッブル緊張をどの程度軽減できるか？
• RQ3 EFTBOSSデータは、ACTデータのみで支持される極端なEDEモデルを否認するか？
• RQ4 SH0ESのマグニチュードキャリブレーションの組み込みが、EFTBOSSおよびPlanckデータと組み合わせた場合、EDEの好みにどのような影響を与えるか？

主な発見

• BOSS窓関数の正規化が是正されたことで、EFTBOSSによるEDEの制約が弱まり、最大のEDE寄与率の95%信用区間上限が、誤った正規化のときの$<0.054$から$<0.083$に上昇した。
• Planckデータと組み合わせた場合、EFTBOSSはハッブル緊張を$2.1\sigma$にまで軽減し、EDEがハッブル緊張の解決策として依然として妥当であることを示した。
• ACT DR4データのみで支持される極端なEDEモデルは、更新されたEFTBOSS分析によって否認され、ACTとEFTBOSSを組み合わせた場合、EDEの好みはわずか$1.7\sigma$にとどまった。
• 更新されたPantheon+ SNe Ia分析はEDEの制約をわずかに厳しくしたが、SH0ESのマグニチュードキャリブレーションの組み込みにより、EDEの好みは$>5\sigma$まで強く上昇し、$f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$（$z_c \sim 4365^{+3000}_{-1100}$）の結果が得られた。
• EFTBOSSデータのみではEDEの解決策が排除されず、EFTBOSSとPlanck、SH0ESデータの組み合わせは、高い有意水準で非ゼロのEDE寄与を支持する。