[论文解读] Constraints on $f(T)$ Cosmology with Pantheon+

Rebecca Briffa, Celia Escamilla‐Rivera+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本研究利用新的Pantheon+和SH0ES超新星数据集对$f(T)$引力模型进行约束，发现这些模型给出的哈勃常数值更高（$H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$），与近期测量结果一致，从而缓解了$H_0$张力。当结合宇宙时钟和重子声学振荡数据时，结果展现出更紧的约束和更低的参数退化程度。

ABSTRACT

$f(T)$ cosmology has shown promise in explaining aspects of cosmic evolution. In this work, we analyze constraints on leading models of $f(T)$ gravity in the context of the recently released Pantheon+ data set, together with comparisons with previous releases. We also consider other late-time data sets including cosmic chronometers and baryonic acoustic oscillation data. Our main result is that we find that the different $f(T)$ models under investigation connect to a variety of Hubble constant, which may help alleviate the cosmic tension on this parameter.

研究动机与目标

• 探究$f(T)$引力模型是否能缓解晚期和早期宇宙测量中观测到的$H_0$张力。
• 将新发布的Pantheon+和SH0ES超新星数据集与以往的Pantheon数据及其他晚期探测手段的约束结果进行比较。
• 评估结合宇宙时钟和重子声学振荡数据对$f(T)$引力模型中参数退化程度和$H_0$值的影响。
• 在更新的观测数据背景下，评估主流$f(T)$引力模型的表现，特别是针对$H_0$张力问题。

提出的方法

• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）分析，基于Pantheon+和SH0ES超新星数据集对$f(T)$引力模型的参数进行约束。
• 引入额外的晚期宇宙数据集：宇宙时钟（CC）和重子声学振荡（BAO），以改善参数约束。
• 将Pantheon+和SH0ES数据集的结果与早期Pantheon数据集的结果进行比较，以评估统计精度的提升。
• 以$\Lambda$CDM模型为基准，评估不同数据组合下$f(T)$模型的性能与一致性。
• 分析后验分布和置信区间轮廓，量化不同模型和数据集下参数退化程度及$H_0$值的变化。
• 以$\sigma$单位评估$H_0$值与Planck 2018（P18）结果的偏差显著性，以评估张力缓解程度。

Figure 1: Confidence contours and posteriors for $f_{1}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $p_{1}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN}^{+}\,\&\

实验结果

研究问题

• RQ1 $f(T)$引力模型是否产生与SH0ES和Pantheon+晚期测量一致的$H_0$值？
• RQ2 相较于原始的Pantheon发布版本，使用更高统计量的Pantheon+数据集后，$f(T)$引力参数的约束有何改善？
• RQ3 引入宇宙时钟和重子声学振荡数据后，$f(T)$模型中的参数退化程度降低到何种程度？
• RQ4 $f(T)$引力模型是否能在不引入超越修正引力的新物理的前提下，调和$H_0$张力？
• RQ5 在相同的数据组合下，$f(T)$模型的后验分布和$H_0$值与$\Lambda$CDM模型相比如何？

主要发现

• Pantheon+和SH0ES数据集在$f(T)$模型中给出更高的$H_0$值，$H_0 \approx 73.2$--$73.4\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$，与晚期测量结果一致，缓解了$H_0$张力。
• 引入宇宙时钟和重子声学振荡数据显著降低了参数退化程度，特别是$H_0$与$p_i$参数之间的退化。
• $\mathrm{PN}^+\&\text{SH0ES}$数据集对模型参数的约束比原始Pantheon数据集更紧。
• 当引入BAO数据时，$f(T)$模型中$H_0$与$p_i$参数表现出强烈的负相关性，表明对模型结构的敏感性提高。
• $\Lambda$CDM模型在$\mathrm{PN}^+\&\text{SH0ES}$数据集下约束得到的$H_0 = 73.4 \pm 1.1\,\text{km\,s}^{-1}\text{Mpc}^{-1}$，更接近SH0ES结果而非早期宇宙估计值。
• 所有测试的$f(T)$模型均产生在SH0ES测量值$1\sigma$范围内的$H_0$值，表明$H_0$张力可能得到缓解。

Figure 2: Confidence contours and posteriors for $f_{2}$ CDM for the parameters $H_{0}$ , $\Omega_{m,0}$ and $\frac{1}{p_{2}}$ . The blue and green contours represent data set combinations that include PN data set, while the red and purple contours show combinations that also include the $\mathrm{PN