[论文解读] Observational consequences of $H_0$ tension in 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 5

一句话总结

本文提出了一种宇宙学模型，通过在小正红移 z* ≈ 0.1 处引入哈勃参数的转折点来解决 H₀ 矛盾，该转折点由现今物质密度 ωₘ 驱动。该模型在低红移均匀巡天中预测了可观测的特征，为检验 de Sitter 量子引力景观纲领提供了现象学路径，同时调和了本地 H₀ 测量值与基于 Planck 的 ΛCDM 预测之间的矛盾。

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 $Λ$CDM, the conjecture calls $Λ$CDM into question. Reality appears sympathetic to this idea as local measurements of the Hubble constant $H_0$ are also at odds with $Λ$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 $ω_m$. 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

• 解决本地测量与基于 Planck 的 ΛCDM 预测之间持续存在的 H₀ 矛盾。
• 探讨 de Sitter 量子引力景观纲领对宇宙学模型的影响。
• 提出一种现象学上可行的模型，其中哈勃参数在小正红移处发生转折，避免出现稳定的 de Sitter 相。
• 在覆盖 z ≤ 0.1 的均匀巡天中识别该转折点的可观测特征。
• 将 de Sitter 真空的不稳定性与现今宇宙中可测量的宇宙学特征联系起来。

提出的方法

• 引入一种现象学模型，其中哈勃参数 H(z) 在小正红移 z* 处表现出转折点，暗示存在一个短暂的 de Sitter 类似相。
• 推导出转折红移 z* 作为现今物质密度 ωₘ 的函数，将其与可观测的宇宙学参数联系起来。
• 利用哈勃参数的演化来建模低红移区域偏离标准 ΛCDM 行为的偏差。
• 分析该模型与当前 H₀ 测量值及 Planck 数据的一致性，显示其改善了拟合度。
• 将该转折点识别为覆盖 z ≤ 0.1 的均匀巡天中的可探测特征，从而实现观测检验。

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 H₀ 矛盾，同时不违反观测约束？
• RQ2 de Sitter 量子引力景观纲领如何影响晚期宇宙中哈勃参数的动力学？
• RQ3 在该模型中，转折红移 z* 与现今物质密度 ωₘ 的依赖关系如何？
• RQ4 所提出的转折点是否可在低红移均匀巡天中被探测到？
• RQ5 该模型如何调和本地 H₀ 测量值与基于 Planck 的 ΛCDM 预测？

主要发现

• 该模型预测在小正红移 z* 处出现哈勃参数的转折点，其值由现今物质密度 ωₘ 直接决定。
• 该转折点位于 z* ≈ 0.1，处于当前及未来均匀低红移巡天的探测范围内。
• 通过引入一个瞬时的 de Sitter 类似相，该模型成功调和了本地 H₀ 测量值与基于 Planck 的 ΛCDM 预测。
• 该特征在覆盖红移 z ≤ 0.1 的均匀巡天中可被稳健识别，提供了清晰的可观测信号。
• 结果支持 de Sitter 量子引力景观纲领，表明稳定的 de Sitter 真空与当前宇宙学数据不一致。
• 该模型为量子引力约束与可观测宇宙学之间提供了现象学桥梁，提出了可检验的预测。