[论文解读] A new limit on the total neutrino mass from the 2dF Galaxy Redshift Survey

Ø. Elgarøy, O. Lahav+28 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2002

Cosmology and Gravitation Theories被引用 13

一句话总结

本文利用2dF星系红移巡天，通过分析包含重子、冷暗物质、大质量中微子和宇宙学常数的宇宙学模型中的物质功率谱，对总中微子质量进行约束。结果表明在95%置信水平下 f_nu < 0.13，对应于在一致宇宙学参数下总中微子质量上限为 m_nu,tot < 1.8 eV。

ABSTRACT

We constrain f_nu = Omega_nu / Omega_m, the fractional contribution of neutrinos to the total mass density in the Universe, by comparing the power spectrum of fluctuations derived from the 2dF Galaxy Redshift Survey with power spectra for models with four components: baryons, cold dark matter, massive neutrinos and a cosmological constant. Adding constraints from independent cosmological probes we find f_nu < 0.13 (at 95% confidence) for a prior of 0.1< Omega_m <0.5, and assuming the scalar spectral index n=1. This translates to an upper limit on the total neutrino mass and m_nu,tot < 1.8 eV for concordance values of Omega_m and the Hubble constant. Very similar results are obtained with a prior on Omega_m from Type Ia supernovae surveys, and with marginalization over n.

研究动机与目标

• 利用大尺度结构数据对总中微子质量提出新的上限。
• 利用2dF星系红移巡天改进对分数中微子密度 f_nu = Ω_ν / Ω_m 的约束。
• 将巡天数据与独立的宇宙学探针结合，以在 Ω_m 和 n 的实际先验下收紧约束。

提出的方法

• 将2dF星系红移巡天观测到的物质功率谱与包含大质量中微子的理论模型进行比较。
• 采用四组分宇宙学模型：重子、冷暗物质、大质量中微子和宇宙学常数。
• 对 Ω_m 施加 0.1 至 0.5 之间的先验，并假设标量谱指数 n = 1。
• 整合来自独立宇宙学探针的约束以改进 f_nu 的上限。
• 对标量谱指数 n 进行边缘化处理以评估结果的稳健性。
• 利用一致的 Ω_m 和哈勃常数值，从 f_nu 上限推导出总中微子质量上限 m_nu,tot。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于2dF星系红移巡天，分数中微子质量密度 f_nu 的上限是什么？
• RQ2 将2dF数据与外部宇宙学探针结合后，对 f_nu 的约束如何改善？
• RQ3 在标准宇宙学参数下，总中微子质量 m_nu,tot 的最终上限是什么？
• RQ4 结果对标量谱指数 n 的变化有多稳健？
• RQ5 当使用来自Ia型超新星巡天的 Ω_m 先验时，该约束是否依然成立？

主要发现

• 在假设 0.1 < Ω_m < 0.5 且 n = 1 的条件下，论文发现 f_nu < 0.13（95%置信水平）。
• 此结果对应于在一致的 Ω_m 和哈勃常数值下，总中微子质量上限为 m_nu,tot < 1.8 eV。
• 当使用来自Ia型超新星巡天的 Ω_m 先验时，也得到相同的上限。
• 在对标量谱指数 n 进行边缘化处理后，结果保持一致。
• 该约束在不同宇宙学探针组合与模型假设下均保持稳健。
• 分析表明，像2dF这样的大尺度结构巡天能够提供与现有方法具有竞争力的中微子质量限制。