[论文解读] Testing the Swampland: $H_0$ tension

Eoin Ó Colgáin, Hossein Yavartanoo|arXiv (Cornell University)|May 7, 2019

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本文检验了满足 de Sitter Swampland 猜想的第五元素模型是否能缓解 H₀ 矛盾。通过使用常数 λ 的指数势能，发现增大 λ 会加剧该矛盾——在 Planck 先验下，矛盾从 4.3σ 升至 4.7σ；在 Riess 先验下，从 2.8σ 升至 3.9σ，表明此类模型无法作为可行的解决方案。

ABSTRACT

The de Sitter Swampland conjecture compels us to consider dark energy models where $\lambda(\phi) \equiv | abla_{\phi} V|/V$ is bounded below by a positive constant. Moreover, it has been argued for Quintessence models that the constant $\lambda$ scenario is the least constrained. Here we demonstrate that increasing $\lambda$ only exacerbates existing tension in the Hubble constant $H_0$. The identification of dark energy models that both evade observational bounds and alleviate $H_0$ tension constitutes a robust test for the Swampland program.

研究动机与目标

• 检验满足 de Sitter Swampland 猜想的暗能量模型是否能解决 H₀ 矛盾。
• 评估在指数第五元素势能中增大 λ 对 H₀ 矛盾的影响。
• 评估在面对观测 H₀ 数据时，Swampland 启发的模型是否仍具可行性。
• 利用宇宙学 H(z) 数据和先验，量化不同 λ 值下的矛盾程度。
• 将 H₀ 矛盾确立为检验符合 Swampland 约束的暗能量模型的严格试金石。

提出的方法

• 使用指数势能 V(φ) = V₀e^(-λφ) 建模具有常数 λ 的第五元素。
• 求解以 N = ln a 表示的 x、y 和 H(z) 的常微分方程组。
• 从 N*（z=0，Ωφ=0.7）积分至 z < 1 的 H′(z)/H = (3/2)(1 + x² - y²)。
• 应用边界条件 H(z=0) = H₀，并将结果与 Farooq 等人的 H(z) 数据（z < 1）进行拟合。
• 施加 Planck H₀ = 67.4 ± 0.5 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 和 Riess 等人 H₀ = 74.03 ± 1.42 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 作为先验。
• 对每组 λ 值执行加权最小二乘拟合，以确定最佳拟合 H₀。

实验结果

研究问题

• RQ1 在符合 Swampland 约束的第五元素模型中，增大 λ 是否能降低 H₀ 矛盾？
• RQ2 在这些模型中，Hubble 参数 H(z) 如何随 λ 变化？
• RQ3 在 Swampland 约束下，本地 H₀ 测量值与模型预测值之间的矛盾是什么？
• RQ4 是否可能存在满足 de Sitter Swampland 界限的第五元素模型，既能避开观测约束，又能缓解 H₀ 矛盾？
• RQ5 H₀ 矛盾是否是检验可行 Swampland 启发的暗能量模型的稳健测试？

主要发现

• 当使用 Planck H₀ 先验时，λ 从 0 增大至 1，H₀ 矛盾从 4.3σ 升至 4.7σ。
• 当使用 Riess 等人 H₀ 先验时，λ 从 0 增大至 1，矛盾从 2.8σ 升至 3.9σ。
• H(z) 的斜率随 λ 增大而增加，导致数据将 H₀ 拉低，从而加剧矛盾。
• 在使用 Planck 先验拟合 z < 1 数据时，λ = 1 的模型给出 H₀ = 67.70 ± 0.42 km s⁻¹ Mpc⁻¹。
• 在 Riess 先验下，最佳拟合 H₀ 为 70.0 km s⁻¹ Mpc⁻¹，但该模型仍无法与更高的本地测量值调和。
• 结果表明，Swampland 启发的第五元素模型无法缓解 H₀ 矛盾，甚至可能使其加剧。