[论文解读] Cosmological parameters from large scale structure observations

B. Novosyadlyj, Ruth Durrer+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 7

一句话总结

本文采用卡方最小化方法，利用包含星系团功率谱、特殊速度、Ly-α森林分布及CMB各向异性的广泛数据集，约束宇宙学参数。结果表明，具有大质量中微子的倾斜ΛMDM模型最符合数据，得出Ωₘ = 0.41 ± 0.11，n = 1.12 ± 0.10，h = 0.70 ± 0.12，同时以高置信度排除低h的CDM模型。

ABSTRACT

The possibility of determining cosmological parameters on the basis of a wide set of observational data including the Abell-ACO cluster power spectrum and mass function, peculiar velocities of galaxies, the distribution of Ly-$α$ clouds and CMB temperature fluctuations is analyzed. Using a $χ^2$ minimization method, assuming $Ω_Λ+Ω_{ m{matter}} =1 $ and no contribution from gravity waves, we found that a tilted $Λ$MDM model with one sort of massive neutrinos and the parameters $n=1.12\pm 0.10$, $Ω_m=0.41\pm 0.11$ ($Ω_Λ=0.59\pm0.11$), $Ω_{cdm}=0.31\pm 0.15$, $Ω_ν=0.059\pm 0.028$, $Ω_b=0.039\pm 0.014$ and $h=0.70\pm 0.12$ matches observational data best. The 1$σ$ (68.3%) confidence limits on each cosmological parameter, which are obtained by marginalizing over the other parameters, are $0.82\le n\le1.39$, $0.19\leΩ_m\le 1$ ($0\leΩ_Λ\le 0.81$), $0\leΩ_ν\le 0.17$, $0.021\le Ω_b\le 0.13$ and $0.38\le h\le 0.85$ $1.5\le b_{cl}\le 3.5$. Here $b_{cl}$ is the cluster bias parameter. The best-fit parameters for 31 models which are inside of $1σ$ range of the best model are presented. It is shown also that observational data set used here rules out the class of CDM models with $h\ge 0.5$, scale invariant primordial power spectrum, zero cosmological constant and spatial curvature at very high confidence level, $>99.99%$. The corresponding class of MDM models are ruled out at $\sim 95%$ C.L.

研究动机与目标

• 使用一组全面的大尺度结构观测数据确定宇宙学参数。
• 检验ΛCDM与MDM模型在观测数据下的可行性。
• 评估中微子密度、谱指数和哈勃参数的约束。
• 评估当前数据对标准CDM模型的排除置信水平。
• 提供关键宇宙学参数的边际1σ置信区间。

提出的方法

• 对多个探测器的理论预测与观测数据进行比较，采用χ²最小化技术。
• 分析假设ΩΛ + Ωmatter = 1，且不包含引力波贡献。
• 数据来源包括Abell-ACO星系团功率谱、星系特殊速度、Ly-α森林分布以及CMB温度涨落。
• 模型包含一种类型的重中微子，并允许存在倾斜的原初功率谱（n ≠ 1）。
• 通过在所有其他参数上进行边际化，推导出每个宇宙学参数的1σ置信区间。
• 在拟合过程中，将星系团偏置参数bcl视为自由参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪种宇宙学模型最符合大尺度结构观测的综合数据集？
• RQ2 在对其他参数进行边际化后，n、Ωₘ、h、Ων和Ωb的约束程度如何？
• RQ3 当前观测在多大程度上排除了h ≥ 0.5且ΩΛ = 0的标准CDM模型？
• RQ4 具有相似参数的MDM模型被排除的置信水平是多少？
• RQ5 观测到的星系团偏置和质量函数如何约束ΛMDM模型？

主要发现

• 最佳拟合模型为包含一种重中微子的倾斜ΛMDM模型，得出n = 1.12 ± 0.10，Ωₘ = 0.41 ± 0.11。
• 哈勃参数被约束为h = 0.70 ± 0.12，1σ范围为0.38 ≤ h ≤ 0.85。
• 重子密度被确定为Ωb = 0.039 ± 0.014，1σ范围为0.021 ≤ Ωb ≤ 0.13。
• 中微子密度被约束为Ων = 0.059 ± 0.028，1σ上限为0.17。
• 该模型在超过99.99%的置信水平下排除了h ≥ 0.5、ΩΛ = 0且谱不变的CDM模型。
• 具有相似参数的MDM模型被排除的置信水平约为95%。