[论文解读] Data Analysis of three parameter models of deceleration parameter in FRW Universe

Amine Bouali, Himanshu Chaudhary+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本研究提出了四种三参数的去速度参数 $q(z)$ 参数化形式，用于在平坦弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）宇宙中建模宇宙从减速到加速的过渡。利用 $H(z)$、Pantheon SNIa、BAO 和 CMB 数据，通过 MCMC 拟合，约束了模型参数，并评估了宇宙学参数、状态因子和 $Om$ 诊断。关键结果是，模型 3（M3）表现出最高的可行性，其晚期时的去速度参数为 $q(-1) \approx -0.7$，且在高红移时与 $\Lambda$CDM 行为一致，表明其作为 $\Lambda$CDM 的有力替代方案。

ABSTRACT

Constraining the dark energy deceleration parameter is one of the fascinating topics in the recent cosmological paradigm. This work aims to reconstruct the dark energy using parametrization of the deceleration parameter in a flat FRW universe filled with radiation, dark energy, and pressure-less dark matter. Thus, we have considered four well-motivated parameterizations of q(z), which can provide the evolution scenario from the deceleration to acceleration phase of the Universe. We have evaluated the expression of the corresponding Hubble parameter of each parametrization by imposing it into the Friedmann equation. We have constrained the model parameter through H(z), Pantheon, and baryons acoustic oscillation (BOA) data. Next, we have estimated the best-fit values of the model parameters by using Monte Carlo Markov Chain (MCMC) technique and implementing H(z)+ BAO+SNe-Ia dataset. Then we analyzed the cosmographic parameter, such as deceleration, jerk, and snap parameters, graphically by employing the best-fit values of the model parameter. Moreover, we have analyzed statefinder and Om diagnostics parameters for each scenario to discriminate various dark energy models. Using the information criteria, the viability of the models have examined. In the end, we have analogized our outcomes with the standard ΛCDM model to examine the viability of our models

研究动机与目标

• 通过在平坦 FLRW 宇宙中参数化去速度参数 $q(z)$，重建暗能量动力学。
• 测试四种具有物理动机的三参数 $q(z)$ 模型，以描述从减速到加速的过渡。
• 利用最新观测数据集（$H(z)$、Pantheon SNIa、BAO 和 CMB）约束模型参数。
• 通过宇宙学参数、状态因子、$Om$ 诊断和信息准则评估模型的可行性。
• 将所有模型与标准 $\Lambda$CDM 模型进行比较，以评估其相对概率和物理合理性。

提出的方法

• 提出四种三参数的 $q(z)$ 参数化形式，以描述宇宙从减速到加速的过渡。
• 通过求解弗里德曼方程，为每个 $q(z)$ 模型推导出哈勃参数 $H(z)$。
• 利用综合观测数据集（$H(z)$、Pantheon SNIa、BAO 和 CMB）约束模型参数。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）技术估算最佳拟合参数值。
• 使用最佳拟合参数计算并绘制宇宙学参数——去速度、急动和快照参数。
• 使用状态因子和 $Om$ 诊断来区分暗能量模型的行为，并评估模型的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 四种三参数 $q(z)$ 模型在拟合 $H(z)$、Pantheon SNIa、BAO 和 CMB 观测数据方面表现如何？
• RQ2 模型参数的最佳拟合值是什么？它们如何影响去速度、急动和快照参数的演化？
• RQ3 状态因子和 $Om$ 诊断如何区分所提出的模型与 $\Lambda$CDM 模型及其相互之间？
• RQ4 根据信息准则与 $\Lambda$CDM 比较，哪个模型表现出最高的可行性？
• RQ5 每个模型在晚期的去速度参数行为如何，特别是在 $z = -1$ 时？

主要发现

• 模型 1（M1）在高红移和低红移时均与 $\Lambda$CDM 非常接近，过渡至 $q \to -1$ 的德西特相。
• 模型 2（M2）在所有红移下均系统性偏离 $\Lambda$CDM，但也达到德西特相，其中 $j(0) \approx 0.42$ 且 $s(0) \approx 0.9$。
• 模型 3（M3）在高红移时与 $\Lambda$CDM 一致，但在低红移时表现出更缓慢的加速，其中 $q(-1) \approx -0.7$ 且 $s(0) \approx 0.9$。
• 模型 4（M4）在低红移时表现出超加速膨胀，其中 $j(0) \approx 2.1$，显著超过 $\Lambda$CDM，且 $s(0) \approx 0.7$。
• 状态因子诊断显示，M1 和 M4 表现出类 quintessence 行为（$r<1, s>0$），并进入 $\Lambda$CDM 区域（$r<1, s<0$），而 M3 初始表现出 Chaplygin 气体类行为（$r>1, s>0$）。
• $Om$ 诊断表明，M1 和 M4 展现类幽灵行为，而 M2 和 M3 始终保持在 quintessence 区域，且 $Om$ 值为正，支持正常暗能量。