[论文解读] Testing and selecting cosmological models with ultra-compact radio quasars

Xiaolei Li, Shuo Cao+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用 4

一句话总结

本研究利用120个超紧凑射电类星体的新样本作为标准尺，检验四种空间平坦的宇宙学模型——CPL、EDE、GCG和MPC。类星体数据对所有模型的统计约束均优于BAO，且表明MPC和EDE将在不久的将来偏离ΛCDM，而GCG在缺乏更高精度数据的情况下仍与ΛCDM无法区分。

ABSTRACT

In this paper, we place constraints on four alternative cosmological models under the assumption of the spatial flatness of the Universe: CPL, EDE, GCG and MPC. A new compilation of 120 compact radio quasars observed by very-long-baseline interferometry, which represents a type of new cosmological standard rulers, are used to test these cosmological models. Our results show that the fits on CPL obtained from the quasar sample are well consistent with those obtained from BAO. For other cosmological models considered, quasars provide constraints in agreement with those derived with other standard probes at $1σ$ confidence level. Moreover, the results obtained from other statistical methods including Figure of Merit, $Om(z)$ and statefinder diagnostics indicate that: (1) Radio quasar standard ruler could provide better statistical constraints than BAO for all cosmological models considered, which suggests its potential to act as a powerful complementary probe to BAO and galaxy clusters. (2) Turning to $Om(z)$ diagnostics, CPL, GCG and EDE models can not be distinguished from each other at the present epoch. (3) In the framework of statefinder diagnostics, MPC and EDE will deviate from $ mΛ$CDM model in the near future, while GCG model cannot be distinguished from $ mΛ$CDM model unless much higher precision observations are available.

研究动机与目标

• 评估超紧凑射电类星体作为宇宙学标准尺在检验替代宇宙学模型中的表现。
• 比较类星体数据与BAO及星系团数据导出的宇宙学模型统计约束。
• 应用模型诊断方法——Om(z)与状态因子，以区分CPL、EDE、GCG和MPC模型的动力学行为。
• 评估类星体作为BAO与星系团的互补探针的潜力，特别是在填补宇宙学观测红移间隙方面。

提出的方法

• 利用VLBI全天区巡天新整理的120个超紧凑射电类星体样本，红移范围为0.46至2.8。
• 将致密射电结构的角直径作为标准尺，假设其线性尺寸与红移和光度的依赖性可忽略不计。
• 采用宇宙学模型无关的校准方法，确定标准尺的物理尺寸为11.03 pc。
• 利用类星体角直径-红移数据进行似然分析，以约束CPL、EDE、GCG和MPC四种模型的宇宙学参数。
• 计算信息量度（FoM）以比较不同模型和数据集间约束的统计精度。
• 应用Om(z)与状态因子诊断方法，评估模型在不同红移下的可区分性与动力学演化特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 超紧凑射电类星体能否作为宇宙学模型检验的可靠标准尺？
• RQ2 类星体数据对宇宙学模型的约束与BAO及星系团数据相比如何？
• RQ3 哪类宇宙学模型由类星体数据约束得最好，其表现与其它探针相比如何？
• RQ4 Om(z)诊断能否在当前宇宙时代区分CPL、EDE、GCG和MPC模型？
• RQ5 根据状态因子诊断，MPC和EDE模型是否如预测般在不久的将来偏离ΛCDM？

主要发现

• 类星体数据对所有四种测试的宇宙学模型提供的统计约束（更高的信息量度）优于BAO。
• 类星体对CPL模型的约束与BAO结果一致，但在1σ水平上与星系团数据存在张力。
• ΛCDM模型与类星体和BAO数据在1σ范围内一致，但与星系团数据不一致。
• Om(z)诊断显示，CPL、GCG和EDE模型在当前宇宙时代与ΛCDM无法区分，而MPC模型表现出明显偏离。
• 状态因子诊断表明，MPC和EDE模型将在不久的将来偏离ΛCDM，而GCG在缺乏更高精度数据的情况下仍与ΛCDM无法区分。
• 减速参数q的演化在所有模型中均表现出从正值到负值的转变，与观测到的加速膨胀相变阶段一致。