[论文解读] Dark energy in light of recent DESI BAO and Hubble tension

Hao Wang, Yun-Song Piao|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用 28

一句话总结

本论文使用 MCMC 拟合 w0-wa CDM 模型，使用重结合前的早期暗能量 EDE，数据集为 Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES，发现 DESI 将 H0 上移并让 w0 向 -1 靠近， wa 为负时；而 S8 的行为取决于 EDE 类型，n_s 趋近于 1。

ABSTRACT

Recently, Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) collaboration based on their first year data has reported a $\gtrsim 3σ$ evidence for an evolving dark energy (DE) against the cosmological constant (CC), so the standard $Λ$CDM model. However, it is necessary to access the impact of DESI data on the state equation $w_0$-$w_a$ of DE in the Hubble-tension-free cosmologies, where $w_0$ and $w_a$ is the parameters of state equation of DE. In this paper, using recent DESI BAO measurements combined with Planck CMB and Pantheon Plus dataset, we perform the Monte Carlo Markov Chain (MCMC) analysis for the $w_0w_a$CDM model with possible pre-recombination resolutions of the Hubble tension. It is found that though $w_0>-1$ and $w_a<0$ are still preferred, the CC is also $<2σ$ consistent, while the bestfit Hubble constant $H_0$ are higher than those with pre-DESI BAO data but without the further exacerbation of $S_8$ tension. According to our results, the resolutions of Hubble tension are likely to suppress the extit{preference} of DESI for the evolving DE, thus the claim of ruling out the CC needs to be more cautious regarding not only the recent observational data but also the cosmological tensions.

研究动机与目标

• 评估 DESI BAO 数据在无哈勃张力（Hubble-tension-free）宇宙学中对暗能量方程的影响。
• 评估在 w0-wa CDM 框架中具有轴子样 EDE 与 AdS-EDE 的 pre-recombination 场景。
• 量化在包含 DESI 数据时 H0、w0、w_a、S8 和 n_s 的变化。
• 将结果与 DESI 之前的分析进行比较，以评估以 EDE 主导的解决哈勃张力的方法的鲁棒性。

提出的方法

• 使用 Planck18+DESI+Pantheon+SH0ES 数据集进行 MCMC。
• 在 w0-wa CDM 框架内探索两种 EDE 实现：轴子样 EDE 与 AdS-EDE。
• 参数集合包括：{ω_b, ω_cdm, H0, ln(10^10 A_s), n_s, τ_reio, w0, wa, log10 a_c, f_EDE} 对于轴子样 EDE，以及 {ω_b, ω_cdm, H0, ln10^10 A_s, n_s, τ_reio, w0, wa, ln(1+z_c), f_EDE} 对于 AdS-EDE。
• 使用表 2 中列出的先验范围以及收敛准则 R-1<0.1。
• 使用修改后的 CLASS 和 MontePython-3.6 进行分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 DESI BAO 数据是否会改变在 w0-wa CDM+EDE 宇宙学中推断的 H0？
• RQ2 在包含 DESI 数据时，EDE 实现（轴子样 vs AdS）如何影响 w0、wa、S8 和 n_s？
• RQ3 在 DESI-inclusive 分析中是否存在对 w0 接近 -1 且 wa 负的持续偏好？
• RQ4 DESI 对这些模型中估计的物质密度 Ω_m 有何影响？

主要发现

Parameters	axion-like EDE	AdS-EDE
100ω_b	2.256(2.272) ± 0.018	2.337(2.336) ± 0.013
ω_cdm	0.128(0.129) ± 0.003	0.134(0.134) ± 0.002
H0	72.43(72.66) ± 0.75	73.32(73.35) ± 0.64
ln10^10 A_s	3.052(3.068) ± 0.014	3.072(3.079) ± 0.015
n_s	0.979(0.992) ± 0.007	0.995(0.995) ± 0.004
τ_reio	0.054(0.060) ± 0.006	0.055(0.059) ± 0.007
w0	-0.971(-0.951) ± 0.035	-0.923(-0.885) ± 0.054
wa	-0.347(-0.236) ± 0.120	-0.435(-0.553) ± 0.132
Ω_m	0.287(0.287) ± 0.006	0.294(0.294) ± 0.005
S8	0.842(0.836) ± 0.013	0.863(0.864) ± 0.010

• DESI 数据偏好更高的 H0：约 72.4 km/s/Mpc（轴子样 EDE）和约 73.3 km/s/Mpc（AdS-EDE）。
• 在轴子样 EDE 中，w0 约为 -0.971，wa 约为 -0.347，Ω_m 约为 0.287，S8 约为 0.842。
• 在 AdS-EDE 中，w0 约为 -0.923，wa 约为 -0.435，Ω_m 约为 0.294，S8 约为 0.863。
• n_s 被推向单位量级（轴子样 EDE 约为 0.979，AdS-EDE 约为 0.995）。
• DESI 对 S8 张力的影响取决于 EDE 模型；轴子样 EDE 得到的 S8 小于 DESI 之前的数据，而 AdS-EDE 因较高的 H0，使得 S8 与 DESI 之前的情况相近。
• 总体而言，Ω_m 的取值与 DESI ΛCDM 结果 (≈0.29) 一致，但由于 DESI 后验可能略小。