[论文解读] Cosmic Discordance: Planck and luminosity distance data exclude LCDM

Eleonora Di Valentino, A. Melchiorri+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2020

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 37

一句话总结

本研究将普朗克宇宙微波背景（CMB）各向异性数据与Ia型超新星的光度距离测量结果及哈勃常数测定结果相结合，发现平坦ΛCDM模型在99%置信水平下被排除。结果表明，标准模型可能存在根本性缺陷，或当前数据中存在未知系统误差，从而挑战了现有的宇宙学框架。

ABSTRACT

We show that a combined analysis of CMB anisotropy power spectra obtained by the Planck satellite and luminosity distance data simultaneously excludes a flat universe and a cosmological constant at $99 \%$ C.L. These results hold separately when combining Planck with three different datasets: the two determinations of the Hubble constant from Riess et al. 2019 and Freedman et al. 2020, and the Pantheon catalog of high redshift supernovae type-Ia. We conclude that either LCDM needs to be replaced by a drastically different model, or else there are significant but still undetected systematics. Our result calls for new observations and stimulates the investigation of alternative theoretical models and solutions.

研究动机与目标

• 通过结合CMB与光度距离数据，检验平坦ΛCDM模型的一致性。
• 评估当前宇宙学数据是否支持宇宙学常数与空间平坦性。
• 调查哈勃常数测量结果与超新星光度距离数据之间的差异是否共同削弱了标准模型。
• 评估宇宙学参数的观测张力是否指向新物理，或未被检测到的系统误差。

提出的方法

• 将普朗克卫星的CMB各向异性功率谱与高红移Ia型超新星（Pantheon星表）的光度距离数据相结合。
• 纳入两项近期哈勃常数测定结果：Riess等人（2019）与Freedman等人（2020）。
• 通过联合似然分析，在平坦ΛCDM假设下约束宇宙学参数。
• 使用频率学统计方法计算模型被排除的置信水平。
• 通过分别将普朗克数据与三个外部数据集之一结合，检验结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 普朗克CMB数据与光度距离测量结果的结合是否支持平坦ΛCDM宇宙？
• RQ2 当前哈勃常数测量结果与超新星光度距离数据在多大程度上与标准模型冲突？
• RQ3 观测到的宇宙学参数张力在统计上是否显著到足以排除平坦ΛCDM模型？
• RQ4 数据中未被检测到的系统误差是否可以解释观测到的不一致？

主要发现

• 对普朗克CMB数据与光度距离数据的联合分析在99%置信水平下排除了平坦宇宙与宇宙学常数的存在。
• 当分别将普朗克数据与三个独立数据集（Riess等人，2019；Freedman等人，2020；Pantheon超新星星表）结合时，该排除结果依然成立。
• 该结果表明当前观测数据与标准ΛCDM模型预测之间存在显著不一致。
• 研究结果表明，要么必须用截然不同的宇宙学框架取代ΛCDM模型，要么数据中存在尚未被识别的系统误差。