[论文解读] Confronting Dark Energy Models with Astrophysical Data

John Ellis, Nick E. Mavromatos+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 3

一句话总结

本文利用高红移超新星和重子声学振荡（BAO）数据评估了暗能量模型——ΛCDM、超视界暗物质（SHDM）以及Q-宇宙学——的表现。研究发现，ΛCDM模型对联合超新星数据拟合极佳，与BAO及WMAP对物质密度的约束一致；SHDM模型也拟合良好；而引入非本征态修正后的Q-宇宙学模型对超新星数据拟合极佳，但未经修正的朴素版本则失败。

ABSTRACT

We discuss fits of cosmological dark energy models to the available data on high-redshift supernovae and baryon oscillations. We consider a conventional model with Cold Dark Matter and a cosmological constant (LambdaCDM), a model invoking super-horizon perturbations (SHDM) and models based on Liouville strings in which dark energy is provided by a rolling dilaton field (Q-cosmology). The two main high-redshift supernova data sets give compatible constraints on these models. We find that LambdaCDM fits very well the combined supernova data sets. These are also compatible with the data on baryon acoustic oscillations, yielding together a determination of the matter density in the LambdaCDM (assuming a flat Universe) which is comparable with that provided by the three-year WMAP data. The supernova data are also fit quite well by the super-horizon model. A naive version of the Q-cosmology model does not fit the supernova data, but a simple parametrization of the full version of the model that includes off-shell effects fits the data very well. A detailed discussion of the model-dependent off-shell corrections to the Q-cosmology model is given in the Appendix.

研究动机与目标

• 测试各种暗能量模型与高红移超新星及重子声学振荡（BAO）数据的相容性。
• 评估标准ΛCDM模型、超视界暗物质（SHDM）以及基于滚动稀化场的Q-宇宙学是否能解释当前的天体物理观测。
• 确定在引入非本征态修正后，Q-宇宙学模型的可行性，因为此类修正已知会影响其现象学特征。
• 在平坦ΛCDM模型框架下，比较由超新星与BAO数据导出的物质密度约束与三年WMAP结果的一致性。

提出的方法

• 将ΛCDM模型、SHDM模型与Q-宇宙学模型拟合至两个主要的高红移超新星数据集。
• 应用重子声学振荡（BAO）数据的约束以交叉验证模型拟合效果。
• 采用包含非本征态效应的完整Q-宇宙学模型参数化形式，此类效应通常难以直接计算。
• 使用统计拟合优度标准将模型预测与观测数据进行比较。
• 在平坦宇宙假设下，推导ΛCDM模型中物质密度的约束。
• 在附录中详细分析模型依赖的非本征态修正，以优化Q-宇宙学的预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准ΛCDM模型对联合高红移超新星与BAO数据的拟合程度如何？
• RQ2 超视界暗物质（SHDM）模型在多大程度上能再现观测到的超新星光度距离？
• RQ3 基于滚动稀化场的朴素Q-宇宙学模型能否解释超新星数据？
• RQ4 完整Q-宇宙学模型中的非本征态修正如何影响其与超新星观测的相容性？
• RQ5 在ΛCDM框架下，由超新星与BAO数据导出的物质密度约束与三年WMAP结果是否一致？

主要发现

• ΛCDM模型对联合高红移超新星数据集提供了极佳的拟合。
• 超新星数据与重子声学振荡（BAO）数据一致，得出的ΛCDM模型中物质密度约束与三年WMAP结果相符。
• 超视界暗物质（SHDM）模型对超新星数据的拟合也相当良好。
• 未包含非本征态修正的朴素Q-宇宙学模型无法拟合超新星数据。
• 包含非本征态效应的完整Q-宇宙学模型的改进参数化形式对超新星数据拟合极佳。
• 附录中提供了对Q-宇宙学模型非本征态修正的详细分析，表明其在模型可行性中起着关键作用。