[论文解读] Evidence for suppression of structure growth in the concordance cosmological model

Nhat-Minh Nguyen, Dragan Huterer+1 more|PubMed|Feb 2, 2023

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 97被引用 9

一句话总结

该论文给出证据表明，相较于基于GR的平坦ΛCDM预测，宇宙结构的增长率被抑制，体现为更高的增长指数γ，使用Planck CMB与大尺度结构数据进行量化。

ABSTRACT

We present evidence for a suppressed growth rate of large-scale structure during the dark-energy-dominated era. Modeling the growth rate of perturbations with the "growth index" γ, we find that current cosmological data strongly prefer a higher growth index than the value γ=0.55 predicted by general relativity in a flat Lambda cold dark matter cosmology. Both the cosmic microwave background data from Planck and the large-scale structure data from weak lensing, galaxy clustering, and cosmic velocities separately favor growth suppression. When combined, they yield γ=0.633_{-0.024}^{+0.025}, excluding γ=0.55 at a statistical significance of 3.7σ. The combination of fσ_{8} and Planck measurements prefers an even higher growth index of γ=0.639_{-0.025}^{+0.024}, corresponding to a 4.2σ tension with the concordance model. In Planck data, the suppressed growth rate offsets the preference for nonzero curvature and fits the data equally well as the latter model. A higher γ leads to a higher matter fluctuation amplitude S_{8} inferred from galaxy clustering and weak lensing measurements, and a lower S_{8} from Planck data, effectively resolving the S_{8} tension.

研究动机与目标

• 在平坦ΛCDM宇宙中，激发并测试结构增长是否偏离GR预测。
• 引入并采用增长指数参数化f(a) = Ωm(a)^γ来量化增长。
• 结合Planck CMB数据与大尺度结构数据以约束γ及相关参数。
• 评估允许更高γ是否能调和Planck与LSS数据中观察到的S8与ΩK张力。

提出的方法

• 用f(a) = Ωm(a)^γ和方程(3)中的D(γ,a)对增长进行参数化。
• 将线性物质幂谱建模为P(γ,k,a) = P_today(k,a=1) D^2(γ,a)。
• 修改CAMB以实现γ并在γ=0.55时复现标准输出。
• 使用 cobaya 的MCMC方法，带先验γ ~ U(0,2)来约束γ及标准宇宙学参数。
• 使用的数据集：fσ8 测量、Planck 2018 (PL18)、DESY1 和 BAO；分析组合为 fσ8+PL18、fσ8+DESY1+BAO，以及全部数据组合。

实验结果

研究问题

• RQ1 当允许γ变化时，结构增长速率是否偏离GR在平坦ΛCDM中的预测？
• RQ2 更高的增长指数γ是否能调和Planck与低红移LSS数据之间的S8和ΩK张力？
• RQ3 不同数据组合（Planck、DES、BAO、fσ8）如何约束γ及相关参数？
• RQ4 检测到的γ=0.55偏离的统计显著性如何？

主要发现

• 联合数据偏好γ>0.55，表明在平坦ΛCDM中相对于GR的增长被抑制。
• fσ8+PL18得到γ = 0.639^{+0.024}_{-0.025}，排除0.55的显著性为4.2σ。
• 所有数据（fσ8+PL18+DESY1+BAO）给出γ = 0.633^{+0.025}_{-0.024}，排除0.55的显著性为3.7σ。
• 包含γ>0.55有助于通过将Planck与LSS的S8估计彼此靠拢来缓解S8张力（DES+BAO偏好γ>0.55时S8更高，Planck偏好S8更低）。
• 允许曲率变化与γ存在简并；PL18数据更偏好ΩK<0或γ>0.55中的任一情形，拟合度相当。
• 增长抑制的解释可能在CMB分析中模仿A_lens效应和负曲率的影响。