[论文解读] Testing Low-Redshift Cosmic Acceleration with the Complete Baryon Acoustic Oscillations data collection

David Benisty, Denitsa Staicova|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2020

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本研究利用 0.106 ≤ z ≤ 2.36 范围内 333 个测量值的完整 Baryon Acoustic Oscillations（BAO）数据集，在低红移处检验宇宙加速膨胀。当结合宇宙时钟（Cosmic Chronometers）和 Pantheon 超新星数据时，独立于 Planck 约束，以 5σ 显著性水平发现宇宙加速膨胀和暗能量的有力证据，得到 H₀ = 68.63 ± 0.32 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 和 r_d = 148.4 ± 0.59 Mpc。

ABSTRACT

Baryon Acoustic Oscillations (BAO) involves measuring the spatial distribution of galaxies to determine the growth rate of cosmic structure. We derive constraints on cosmological parameters from the complete BAO published measurements that include $333$ data points in the effective redshift range $0.106 \leq z \leq 2.36$. The $\Lambda$CDM model yields cosmological parameters as follows: $\Omega_m = 0.287 \pm 0.004$, $\Omega_\Lambda = 0.712 \pm 0.004$, $H_0 = 68.63 \pm 0.32 \, km/sec/Mpc$. The comoving distance from the BAO data is $r_d = 148.4 \pm 0.59 Mpc$. Combining the BAO data with the Cosmic Chronometers (CC) data and the Pantheon Type Ia supernova data sets increases the significance to around $5\sigma$. Therefore, the cosmic acceleration, the dark energy effect and the Hubble constant can be constrained with high level of significance only from late-time data, independently of the Planck measurements.

研究动机与目标

• 利用完整的低红移 BAO 测量数据集检验宇宙加速膨胀。
• 从晚期宇宙观测中约束宇宙学参数，如 Ωₘ、Ω_Λ、H₀ 和 r_d。
• 仅使用晚期宇宙数据评估宇宙加速膨胀和暗能量的显著性水平，独立于宇宙微波背景（CMB）测量。
• 将 BAO 与宇宙时钟（Cosmic Chronometers）和 Pantheon 超新星数据结合，以增强对 H₀ 和暗能量的约束。

提出的方法

• 从已发表的巡天中收集 0.106 ≤ z ≤ 2.36 红移范围内 333 个 BAO 数据点。
• 使用共动声学尺度 r_d 作为标准尺，测量星系团集中的角距离和径向距离。
• 应用似然分析，在 ΛCDM 模型下推导 Ωₘ、Ω_Λ、H₀ 和 r_d 的约束。
• 将 BAO 数据与宇宙时钟（CC）和 Pantheon Ia 型超新星数据结合，以提高统计显著性。
• 采用联合似然框架，检验宇宙加速膨胀和暗能量效应的显著性。
• 使用 5σ 阈值作为基准，评估仅基于晚期宇宙数据的加速信号的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 完整的 BAO 数据集是否在低红移处为宇宙加速膨胀提供有力证据？
• RQ2 仅使用晚期宇宙观测，能否以高显著性水平约束 H₀ 和 r_d 等宇宙学参数？
• RQ3 当结合 BAO、宇宙时钟和 Pantheon 超新星数据时，宇宙加速膨胀信号的显著性水平是多少？
• RQ4 在多大程度上可以独立于 Planck CMB 测量约束哈勃常数和暗能量？
• RQ5 BAO 测量结果在 0.106 ≤ z ≤ 2.36 红移范围内与 ΛCDM 模型的一致性如何？

主要发现

• ΛCDM 模型与 BAO 数据拟合良好，Ωₘ = 0.287 ± 0.004，Ω_Λ = 0.712 ± 0.004。
• 仅从 BAO 数据中，哈勃常数被约束为 H₀ = 68.63 ± 0.32 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 共动声学尺度测量为 r_d = 148.4 ± 0.59 Mpc。
• 将 BAO 与宇宙时钟和 Pantheon 超新星数据结合后，宇宙加速膨胀的显著性提升至约 5σ。
• 结果表明，仅使用晚期宇宙宇宙学数据即可以高显著性水平确认宇宙加速膨胀和暗能量效应，且独立于 Planck CMB 测量。
• 对 H₀ 和暗能量的约束在 BAO 数据集的整个红移范围内均稳健且一致。