[论文解读] Towards primordial gravitational waves and $n_s=1$ in light of BICEP/Keck, DESI BAO and Hubble tension

Hao Wang, Gen Ye+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2024

Cosmology and Gravitation Theories被引用 7

一句话总结

论文将 DESI BAO、BICEP/Keck BK18、Planck 与 Pantheon Plus 数据结合，在存在前重组宇宙的Hubble张力解决方案下探寻原初引力波，发现 r 的非零下界以及 n_s=1，r0.05 约为 0.01。

ABSTRACT

Recent observational data seem to show a $\gtrsim 3σ$ evidence for an evolving dark energy (DE) against the cosmological constant, so the standard $Λ$CDM model. In this paper, we perform the search for the primordial gravitational waves with the potential pre-recombination solutions to the Hubble tension, using recent DESI baryon acoustic oscillation measurements combined with BICEP/Keck cosmic microwave background (CMB) B-mode polarization, Planck CMB and Pantheon supernova data, which reveal that the low bound of the tensor-to-scalar ratio $r$ is $> 1.5σ$ non-zero with the bestfit $r_{0.05}\sim 0.01$ and the scalar spectral index $n_s= 1$ (both $|r_{0.05}-0.01|$ and $|n_s-1|\sim {\cal O} (0.001)$). In particular, we observe the unnoticed impact of CMB B-mode polarization data for constraining the nature of DE, which together with early dark energy solutions to the Hubble tension is calling for the return of post-recombination $Λ$CDM.

研究动机与目标

• 促使在演化的暗能量和Hubble张力背景下寻找原初引力波。
• 研究前重组EDE解如何影响张量-标量比r和标量谱指数n_s的约束。
• 在纳入B模式偏振数据时，评估是后重组ΛCDM还是演化暗能量更受偏好。
• 评估AdS-EDE和类轴子EDE对r、n_s和H0的影响。
• 提供ΛCDM+EDE与w0-wa CDM+EDE情景之间的贝叶斯模型比较。

提出的方法

• 使用经过修改的CLASS的MontePython-3.6进行MCMC分析。
• 纳入Planck18、BK18、DESI DR1 BAO数据，以及带Cepheid标定的Pantheon Plus。
• 将dark energy建模为w(z)=w0+w_a z/(1+z)在物质辐射相等后，且含有前重组EDE分量（AdS-EDE或类轴子EDE）。
• 约束r在r0.05和ns，探索在不同DE/EDE情景下的r–ns等高线。
• 通过MCEvidence比较贝叶斯证据Z_model，以评估后重组ΛCDM样式偏好。

实验结果

研究问题

• RQ1 DESI+BK18+Planck+Pantheon Plus数据是否偏好非零的张量-标量比r？
• RQ2 在这些数据集和模型下，标量谱指数n_s是否与单位值一致(n_s=1)？
• RQ3 前重组EDE情景（AdS-EDE与类轴子EDE）如何偏置或改变量r和n_s的约束？
• RQ4 根据贝叶斯证据，哪个模型更适合数据——ΛCDM+EDE还是w0-wa CDM+EDE？
• RQ5 在优选模型中隐含的H0是多少，以及它与Hubble张力的关系？

主要发现

• 对于带AdS-EDE的w0-wa CDM，r0.05=0.0134^{+0.0045}_{-0.0118}，下界约为1.5σ非零。
• 对于带类轴子EDE的w0-wa CDM，r0.05=0.0150^{+0.0061}_{-0.0127}，下界约为1.6σ非零。
• 在各情景中，n_s在约0.001的范围内接近单位值(n_s≈1)。
• 表4及相关结果显示，在ΛCDM+AdS EDE情景下H0约为73 km/s/Mpc，在其他EDE变体中则略低或相近。
• 贝叶斯证据比值表明在包含AdS-EDE时对后重组ΛCDM样式行为有适度偏好（ln B=0.54）。
• 纳入B模偏振数据会影响DE约束，可能压制演化DE情景，推动重组后趋向ΛCDM样式。