[论文解读] Cosmological Test of Dark Energy Parametrizations in Horava-Lifshitz Gravity

Himanshu Chaudhary, Niyaz Uddin Molla+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2023

Cosmology and Gravitation TheoriesPhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本研究利用宇宙时钟、SNIa、BAO、GRB、类星体和CMB数据的联合分析，在霍拉瓦-利夫希茨引力框架下检验了暗能量的线性和CPL参数化模型。结果表明，尽管线性和CPL模型与观测数据一致，但ΛCDM模型在拟合优度和信息准则方面表现更优，因此在统计上更受青睐，支持其在当前宇宙学模型中的主导地位。

ABSTRACT

In this work, we assume the FRLW Universe which is filled with dark matter along with dark energy in the framework of Horava-Lifshitz (HL) gravity. The dark energy is considered as the Linear (Model I) and CPL (Model II) parametrizations of the equation of state parameter. For both models, we express the Hubble parameter $H(z)$ in terms of the model parameters and redshift $z$. To rigorously constrain the model, we have employed a comprehensive set of recent observational datasets including cosmic chronometers (CC), Type Ia Supernovae (SNIa), Baryon Acoustic Oscillations (BAO), Gamma-ray Burst (GRB), Quasar (Q) and Cosmic Microwave Background Radiation (CMB). Through the joint analysis of this diverse collection of datasets, we have achieved tighter constraints on the model's parameters. This, in turn, allows us to delve into both the physical and geometrical aspects of the model with greater precision. Furthermore, our analysis has enabled us to determine the present values of crucial cosmological parameters, including $H_{0}$, $Ω_{m0}$, $Ω_{k0}$ and $Ω_{\Lambda0}$. It's noteworthy that our results are consistent with recent findings from Planck 2018, underscoring the reliability and relevance of our models in the current cosmological context. We also conduct analysis of cosmographic parameters and apply statefinder and diagnostic tests to explore the evolution of the Universe. In addition, the AIC and BIC suggest that the $Λ$CDM model is the preferred model among all our considered models. Our investigation into the models has unveiled intriguing features of the late universe

研究动机与目标

• 在霍拉瓦-利夫希茨引力框架下，研究线性和CPL参数化暗能量的可行性。
• 利用一组全面的观测数据集，约束宇宙学参数，如$H_0$、$Ω_{m0}$、$Ω_{k0}$和$Ω_{\Lambda 0}$。
• 通过宇宙学计量和诊断工具，评估这些模型下宇宙的物理与几何演化。
• 使用AIC和BIC进行统计模型比较，以确定哪个模型在拟合数据的同时保持了适当的复杂度。
• 探讨暗能量向类phantom态转变的可能性及其对宇宙命运的影响。

提出的方法

• 在霍拉瓦-利夫希茨引力中，为两种暗能量模型（线性模型I和CPL模型II）的方程状态参数化形式推导出哈勃参数$H(z)$。
• 采用联合似然分析，结合六组观测数据：宇宙时钟（CC）、Ia型超新星（SNIa）、BAO、GRB、类星体（Q）和CMB。
• 使用带偏差校正的BEAMS（BBC）方法估计 nuisance 参数，特别是SNIa的绝对星等$M$和$H_0$。
• 应用宇宙学计量参数（减速参数、jerk参数、snap参数）及诊断工具（状态因子和$O_m$诊断），探测宇宙膨胀的动力学行为。
• 通过AIC和BIC进行统计模型比较，以评估模型选择，采用杰弗里斯尺度进行解释。
• 通过MCMC采样推导出$M$和$H_0$的后验分布，并在二维轮廓图中可视化两种模型的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当受到多探针宇宙学数据约束时，线性和CPL参数化暗能量在霍拉瓦-利夫希茨引力中的表现如何？
• RQ2 这些模型中$H_0$、$Ω_{m0}$、$Ω_{k0}$和$Ω_{\Lambda 0}$的现今值是多少？与普朗克2018年结果相比如何？
• RQ3 状态方程参数的演化是否表明存在向类phantom行为的转变？这对宇宙命运有何影响？
• RQ4 状态因子和$O_m$诊断如何区分这些模型彼此之间以及与ΛCDM模型的差异？
• RQ5 根据信息准则，ΛCDM、线性或CPL模型中哪一个在拟合优度与复杂度之间达到最佳平衡？

主要发现

• 在线性模型中，现今哈勃常数被约束为$H_0 = 74.38 ± 1.26$ km s⁻¹ Mpc⁻¹，在CPL模型中为$H_0 = 74.63 ± 1.29$ km s⁻¹ Mpc⁻¹，两者均与普朗克2018年结果一致。
• 物质密度参数在在线性模型中为$Ω_{m0} = 0.305 ± 0.015$，在CPL模型中为$Ω_{m0} = 0.304 ± 0.016$，两种情况下$Ω_{k0}$均接近零。
• 状态方程参数$w(z)$的演化表明，$w(z)$始终低于$-1/3$，并在$z < 0$时进入phantom区域（$w < -1$），提示未来可能存在大撕裂。
• ΛCDM模型的AIC和BIC值低于线性和CPL模型，差异超过4，表明在统计上强烈偏好ΛCDM模型。
• 状态因子和$O_m$诊断显示，线性和CPL模型在低红移时与ΛCDM一致，但在高红移时出现偏离，表明存在细微的动力学差异。
• 在$M$与$H_0$平面的后验轮廓图显示，参数约束紧密：线性模型中$M = -19.230 ± 0.038$，CPL模型中$M = -19.221 ± 0.040$，支持这些模型中SNIa距离测量的可靠性。