[论文解读] $H_0$ tension and the de Sitter Swampland

Eoin Ó Colgáin, Maurice H. P. M. van Putten+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用 8

一句话总结

本文提出了一种宇宙学模型，通过在小的正值红移 $z_*$ 处引入哈勃参数的转折点来解决 $H_0$ 矛盾，该转折点由现今的物质密度 $\omega_m$ 决定。该模型预测存在一个瞬时的 de Sitter 相，为 $H_0$ 矛盾提供了一种现象学上的解决方案，同时通过暗示 de Sitter 状态的不稳定性，与 de Sitter 量子引力景观纲领保持一致。

ABSTRACT

Realising de Sitter vacua in string theory is challenging. For this reason it has been conjectured that de Sitter vacua inhabit the Swampland of inconsistent low-energy effective theories coupled to gravity. Since de Sitter is an attractor for $\Lambda$CDM, the conjecture calls $\Lambda$CDM into question. Reality appears sympathetic to this idea as local measurements of the Hubble constant $H_0$ are also at odds with $\Lambda$CDM analysis of Planck data. This tension suggests that the de Sitter state is unstable, thereby implying a turning point in the Hubble parameter. We present a model relieving this tension, which predicts a turning at small positive redshift $z_*$ that is dictated by present-day matter density $\omega_m$. This feature is easily identified by homogeneous surveys covering redshifts $z \leq 0.1$. We comment on the implications for the Swampland program.

研究动机与目标

• 解决在 $\Lambda$CDM 框架下本地测量与 Planck 数据之间持续存在的 $H_0$ 矛盾。
• 探讨 de Sitter 量子引力景观纲领对 $\Lambda$CDM 宇宙学模型稳定性的影响。
• 提出一种现象学模型，其中哈勃参数在小的正值红shift $z_*$ 处发生转折，且与当前物质密度 $\omega_m$ 一致。
• 在均匀低红移巡天（$z \leq 0.1$）中识别该转折点的观测特征。

提出的方法

• 引入一种现象学模型，其中哈勃参数 $H(z)$ 在小的正值红移 $z_*$ 处表现出转折点。
• 从现今的物质密度 $\omega_m$ 推导出转折点条件，将其与 $H(z)$ 的曲率联系起来。
• 使用弗里德曼方程来模拟 $H(z)$ 的演化，假设存在一个瞬时的 de Sitter 类似相。
• 分析该模型与 $\Lambda$CDM 及 Planck 数据的一致性，重点关注 $H_0$ 矛盾。
• 在覆盖 $z \leq 0.1$ 的均匀巡天中识别该转折点的可观测特征，该处转折点可被探测到。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低红移处哈勃参数的转折点是否能解决 $H_0$ 矛盾？
• RQ2 转折点的位置 $z_*$ 如何与现今的物质密度 $\omega_m$ 相关？
• RQ3 瞬时 de Sitter 相是否与 de Sitter 量子引力景观纲领一致，并符合宇宙学稳定性？
• RQ4 该模型能否通过低红移均匀巡天与 $\Lambda$CDM 区分？

主要发现

• 该模型预测在小的正值红移 $z_*$ 处出现哈勃参数的转折点，其位置由当前物质密度 $\omega_m$ 决定。
• 该转折点提供了一种自然机制，可调和本地 $H_0$ 测量值与基于 Planck 的 $\Lambda$CDM 估计值之间的差异。
• 该特征在覆盖红移 $z \leq 0.1$ 的均匀巡天中可观测，该区域与 $\Lambda$CDM 的偏离可被探测到。
• 该模型暗示 de Sitter 状态不稳定，支持 de Sitter 量子引力景观纲领。