[论文解读] Dynamical Vacuum against a rigid Cosmological Constant

Joan Solà, Rafael C. Nunes+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2016

Cosmology and Gravitation Theories被引用 8

一句话总结

本文研究了动力学真空模型（DVMs）作为宇宙加速膨胀解释中宇宙学常数（Λ）的替代方案。通过联合拟合SNIa、BAO、H(z)、LSS和CMB数据，发现DVMs——尤其是运行真空模型——在拟合数据方面显著优于ΛCDM模型，且在约4σ置信水平下排除了Λ为常数的情况，AIC和BIC准则均强烈支持该结论。

ABSTRACT

When we are approaching the centenary of the introduction of the cosmological constant, $\Lambda$, by Einstein in his gravitational field equations, and after about two decades of the first observational papers confirming the existence of a non-vanishing, positive, $\Lambda$ as the most likely explanation for the observed acceleration of the Universe, we are still facing the question whether $\Lambda$ is truly a fundamental constant of Nature or a mildly evolving dynamical variable. In this work, we compare a triad of dynamical vacuum models (DVM's) in interaction with matter. By performing an overall fit to the $SNIa+BAO+H(z)+LSS+CMB$ cosmological data, we find that the three DVM's are significantly more favored than the $\Lambda$CDM. Compared to the best DVM (the running vacuum model) the option $\Lambda=$const is excluded at $\sim 4\sigma$ c.l. This conclusion is strongly supported by Akaike and Bayesian criteria, both rendering more than 25 points of difference against a rigid $\Lambda$.

研究动机与目标

• 评估宇宙学常数Λ是否真正为常数，或可能为一个动态变量。
• 检验三种动力学真空模型（DVMs）相对于标准ΛCDM模型的可行性。
• 利用综合宇宙学数据评估DVMs相对于Λ=const的统计偏好。
• 确定观测到的宇宙加速是否可由随时间演化的真空能量而非固定Λ来解释。

提出的方法

• 构建三种不同的动力学真空模型（DVMs），其中真空能量密度随时间演化，并与物质相互作用。
• 对组合数据集（SNIa、BAO、H(z)、LSS和CMB观测）进行全局拟合。
• 应用统计准则——赤池信息准则（AIC）和贝叶斯信息准则（BIC）——以比较模型表现。
• 使用似然分析计算在最佳性能DVM下排除Λ=const情况的显著性。
• 将真空能量密度建模为哈勃参数或标度因子的函数，以允许其随时间变化。
• 通过比较DVMs与ΛCDM模型之间的贝叶斯证据和信息准则，量化模型偏好程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇宙学常数Λ是否真正为常数，或可能为一个轻微演化的动态变量？
• RQ2 动力学真空模型在拟合当前宇宙学观测方面与ΛCDM相比如何？
• RQ3 在排除常数Λ而支持动力学真空模型时，其统计显著性如何？
• RQ4 哪一种DVM对SNIa+BAO+H(z)+LSS+CMB组合数据集的拟合效果最佳？
• RQ5 AIC和BIC准则如何对DVMs与ΛCDM在模型选择中的排序？

主要发现

• 运行真空模型（RVM）是在所测试的三种DVM中表现最佳的，对宇宙学数据的拟合程度最强。
• 与最佳DVM相比，Λ=const的情况在约4σ置信水平下被排除。
• AIC和BIC准则均显示，最佳DVM相对于ΛCDM模型的差异超过25分。
• 组合数据集（SNIa+BAO+H(z)+LSS+CMB）为动力学真空能量而非常数Λ提供了强有力的统计支持。
• 证据强烈支持随时间演化的真空能量密度作为宇宙加速更准确的描述，而非刚性的宇宙学常数。
• 结果表明，宇宙学常数可能并非基本常数，而是在当前观测背景下的一种有效、动态的量。