[论文解读] First Measurement of Neutrinos in the BAO Spectrum

Daniel Baumann, Florian Beutler+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用 6

一句话总结

本研究利用BOSS DR12数据，首次直接测量了中微子诱导的重子声学振荡（BAO）功率谱中的相位偏移，证实了热大爆炸模型的关键预测。该结果在95%以上的置信水平下确立，为宇宙中微子背景提供了新证据，并标志着BAO首次应用于早期宇宙物理学研究。

ABSTRACT

The existence of the cosmic neutrino background is a fascinating prediction of the hot big bang model. These neutrinos were a dominant component of the energy density in the early universe and, therefore, played an important role in the evolution of cosmological perturbations. In particular, fluctuations in the neutrino density produced a distinct shift in the temporal phase of sound waves in the primordial plasma, which has recently been detected in the cosmic microwave background (CMB). In this paper, we report on the first measurement of this neutrino-induced phase shift in the spectrum of baryon acoustic oscillations (BAO) of the BOSS DR12 data. Constraining the acoustic scale using Planck data, and marginalizing over the effects of neutrinos in the CMB, we find evidence for a non-zero phase shift at greater than 95% confidence. We also demonstrate the robustness of this result in simulations and forecasts. Besides being a new measurement of the cosmic neutrino background, our work is the first application of the BAO signal to early universe physics and a non-trivial confirmation of the standard cosmological history.

研究动机与目标

• 检测宇宙中微子背景在重子声学振荡（BAO）功率谱上的印记。
• 检验原初声波中中微子诱导的相位偏移是否可在大尺度结构数据中观测到。
• 通过BAO信号探测早期宇宙物理学，以验证标准宇宙学模型。
• 展示BAO信号作为早期宇宙中微子效应探测手段的稳健性。

提出的方法

• 利用BOSS DR12星系巡天的BAO信号探测早期宇宙的声学振荡。
• 利用普朗克CMB数据约束声学尺度，将测量锚定在已确立的宇宙学框架中。
• 在CMB中对中微子效应进行边缘化处理，以隔离BAO谱中的中微子相位偏移。
• 通过模拟和预测验证所观测到的相位偏移检测的稳健性。
• 应用统计推断评估测量相位偏移的显著性，达到>95%的置信水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在重子声学振荡（BAO）功率谱中探测到宇宙中微子背景引起的相位偏移？
• RQ2 BAO信号是否可作为CMB之外早期宇宙物理学的可行探针？
• RQ3 观测到的BAO谱中中微子诱导相位偏移的统计显著性如何？
• RQ4 该检测对系统效应和模型不确定性有多大的稳健性？

主要发现

• 本研究首次利用BOSS DR12数据直接测量了BAO谱中由中微子诱导的相位偏移。
• 在95%以上的置信水平下，确立了非零相位偏移的证据。
• 该结果证实了热大爆炸模型关于宇宙中微子背景的关键预测。
• BAO信号被证明是早期宇宙物理学的可行且非平凡的探针。
• 模拟与预测表明，该检测对潜在系统误差具有稳健性。
• 本工作首次将BAO信号应用于约束标准CMB分析之外的早期宇宙物理。