[论文解读] A response to Rubin & Heitlauf: "Is the expansion of the universe accelerating? All signs still point to yes"

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2019

Space Science and Extraterrestrial Life被引用 5

一句话总结

本文挑战了将Ia型超新星数据解释为各向同性宇宙加速的证据，认为所谓的单极加速度（归因于暗能量）仅在对红移和光变曲线参数进行任意修正后才出现。即使在将红移校正至CMB参考系并采用样本与红移相关的光变曲线建模后，各向同性加速的显著性仍低于3σ，表明减速参数中的偶极各向异性更可能是真实的大尺度流信号，而非暗能量的证据。

ABSTRACT

We have shown (Colin et al., 2019) that the acceleration of the Hubble expansion rate inferred from Type Ia supernovae (SNe Ia) is, at $3.9\\sigma$ significance, a dipole approximately aligned with the CMB dipole, while its monopole component, which can be interpreted as due to a Cosmological Constant or dark energy, is consistent with zero at $1.4\\sigma$. This has been challenged by Rubin & Heitlauf (2019) who assert that the dipole arises because we made an incorrect assumption about the SNe Ia light-curve parameters (viz. took them to be sample- and redshift independent), and did not allow for the motion of the Solar system (w.r.t. the 'CMB frame' in which the CMB dipole supposedly vanishes). In fact what has an even larger impact on our finding is that we reversed the inconsistent "corrections" made for the peculiar velocities of the SNe Ia host galaxies w.r.t the CMB frame, which in fact serve to bias the lever arm of the Hubble diagram towards higher inferred values of the monopole. We demonstrate that even if all such corrections are made consistently and both sample- and redshift-dependence is allowed for in the standardisation of supernova light curves, the evidence for isotropic acceleration rises to just $2.8\\,\\sigma$. Thus the criticism of Rubin & Heitlauf serves only to highlight that "corrections" must be made to the SNe Ia data assuming the standard $\\Lambda$CDM model, in order to recover it from the data.

研究动机与目标

• 挑战在日心系中使用超新星数据进行宇宙学推断时需校正至CMB参考系的假设。
• 调查在哈勃图中观测到的单极加速度是否为依赖模型的修正所导致的人为结果。
• 检验减速参数中的偶极各向异性是否为大尺度流的真实信号，而非暗能量的证据。
• 使用贝叶斯信息准则评估SALT2模型中红移与样本相关的光变曲线参数的有效性。
• 揭示在最初测试各向同性之前，使用基于FLRW的流模型对数据进行校正所存在的循环性问题。

提出的方法

• 使用SALT2光变曲线拟合模型分析JLA超新星目录，对$x_1$和$c$参数采用红移无关与红移相关两种参数化方式。
• 比较使用日心红移与基于大尺度流模型（Hudson et al., 2004; Carrick et al., 2015）校正至CMB静止系的红移结果。
• 应用贝叶斯分层模型评估减速参数$q_0$和$q_d$的单极与偶极分量的显著性。
• 使用贝叶斯信息准则（BIC）对额外参数施加惩罚，表明红移相关模型中的12个额外参数并不合理。
• 反转标准的本地速度校正，以评估其对哈勃图杠杆臂及推断的单极加速度的影响。
• 在多个拟合结果间进行比较：使用日心系与CMB系红移、是否应用本地速度校正、是否引入光变曲线参数的额外参数化。

实验结果

研究问题

• RQ1 当红移被校正至CMB参考系且光变曲线参数允许随红移变化时，Ia型超新星数据中观测到的各向同性加速是否仍然存在？
• RQ2 本地速度校正在多大程度上使哈勃图偏向更高的单极加速度？
• RQ3 减速参数中的偶极各向异性是大尺度流的真实信号，还是数据处理选择的人为结果？
• RQ4 红移相关光变曲线模型所需的额外参数是否由贝叶斯信息准则所支持？
• RQ5 在不预先假设待检验模型（ΛCDM）的前提下，能否从超新星数据中提取出具有宇宙学意义的单极加速度？

主要发现

• 即使在将红移校正至CMB参考系并允许光变曲线参数随样本与红移变化后，各向同性加速的显著性仍仅为2.8σ。
• 减速参数中的偶极各向异性（此前发现为3.9σ）具有鲁棒性，不是日心红移或错误光变曲线假设的人为结果。
• 反转标准的本地速度校正（此前应用不一致）会降低推断的单极加速度，凸显其对哈勃图杠杆臂的偏差影响。
• 贝叶斯信息准则对红移相关模型中的12个额外参数施加的惩罚因子至少为39.6（而非6.6），表明这些参数在模型选择标准下不成立。
• JLA与Pantheon目录中使用的本地速度校正存在不一致性：仅对流体体积内的超新星进行校正，而对体外的则不校正，从而引入方向性偏差。
• Pantheon数据发布揭示了一个错误：本地速度校正被错误地应用到了已知流模型之外的区域，导致校正后星等与红移出现不一致，进一步削弱了此类校正的可靠性。