[论文解读] Cosmological Constraints from Hubble parameter $H(z)$ and SN Ia observations

Hui Lin, Hao Cheng+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用 18

一句话总结

本文利用来自被动演化星系的观测H(z)数据约束非平直与平直ΛCDM模型，结合了重子声学振荡（BAO）和宇宙微波背景（CMB）数据。结果表明，H(z)数据与其他探针提供互补约束，支持一个平直且加速膨胀的宇宙，OHD+BAO+CMB组合的最佳拟合参数为Ω_M = 0.275和Ω_Λ = 0.74。

ABSTRACT

In this paper, we use a set of observational $H(z)$ data (OHD) to constrain the $Λ$CDM cosmology. This data set can be derived from the differential ages of the passively evolving galaxies. Meanwhile, the $\mathcal {A}$-parameter, which describes the Baryonic Acoustic Oscillation (BAO) peak, and the newly measured value of the Cosmic Microwave Background (CMB) shift parameter $\mathcal {R}$ are used to present combinational constraints on the same cosmology. The combinational constraints favor an accelerating flat universe while the flat $Λ$CDM cosmology is also analyzed in the same way. We obtain a result compatible with that by many other independent cosmological observations. We find that the observational $H(z)$ data set is a complementarity to other cosmological probes.

研究动机与目标

• 利用来自被动演化星系微分年龄的观测H(z)数据测试非平直ΛCDM模型。
• 将H(z)数据与BAO和CMB观测结合，以改善宇宙学参数的约束。
• 评估H(z)数据相对于SNe Ia等标准宇宙学探针的互补性。
• 评估H(z)数据与WMAP及其他独立观测结果的一致性。

提出的方法

• H(z)数据通过GDDS和档案巡天的光谱与测光数据，基于32个被动演化星系的微分年龄演化获得。
• 通过关系式H(z) = - (1/(1+z)) * (dz/dt)估算哈勃参数，其中dz/dt由不同红移处星系年龄差值得到。
• 利用χ²统计量结合OHD、BAO（通过A参数）和CMB（通过R参数）的似然函数推导宇宙学约束。
• 对哈勃常数h进行边缘化处理以避免先验偏差，并在Ω_M–Ω_Λ平面内计算联合约束。
• 生成置信区域和一维概率分布，以比较OHD+BAO+CMB与SNe Ia+BAO+CMB组合的结果。
• 分析涵盖非平直与平直ΛCDM模型，后者在h的不同先验假设下进行检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 当与BAO和CMB数据结合时，观测H(z)数据在约束非平直ΛCDM模型方面表现如何？
• RQ2 在联合宇宙学分析中，H(z)数据相对于SNe Ia的约束能力如何？
• RQ3 H(z)数据支持平直宇宙还是弯曲宇宙？其结果与WMAP及其他独立探针相比如何？
• RQ4 在Ω_M–Ω_Λ平面中，OHD+BAO+CMB的置信区域与SNe Ia+BAO+CMB相比有何异同？

主要发现

• OHD+BAO+CMB组合的最佳拟合参数为Ω_M = 0.275和Ω_Λ = 0.74，与WMAP五年结果一致。
• OHD+BAO+CMB与SNe Ia+BAO+CMB组合在Ω_M–Ω_Λ平面中产生几乎相同的置信区域和概率分布。
• OHD+BAO+CMB的χ²/d.o.f.在所有组合中最小，表明其在非平直模型中提供最紧约束。
• 结果强烈支持一个Ω_k接近零的平直宇宙，与大多数独立宇宙学观测一致。
• H(z)数据被证明是其他宇宙学探针（尤其是SNe Ia）的可靠且有效的补充，有助于约束宇宙学参数。
• 即使存在较大不确定性，H(z)数据的结果仍与更广泛的宇宙学共识一致，验证了其在模型检验中的可用性。