[论文解读] Tracker behaviour of quintom dark energy and the Hubble tension

Nandan Roy, L. Arturo Ureña–López|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2023

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文利用宇宙学观测研究了一般五种暗能量模型的追踪行为，表明该模型可将哈勃张力降低至1.6–2.6σ，并表现出以幻影场主导的晚期吸引子解，其贡献约为15%，在贝叶斯模型比较中优于ΛCDM模型。

ABSTRACT

We study the dynamics of the quintom dark energy model using state-of-the-art cosmological observations. The set of equations has been converted into an autonomous system using suitable transformations of the variables. We have discussed the fixed points of the model and the general phase-space behavior, in particular, in finding the existence of the tracker solutions for this model. The observations suggest that at late times the phantom field should dominate the dark energy sector with an approximately 15% share to the quintessence counterpart, and with both fields tracking the background at early times. A Bayesian model comparison with LambdaCDM has also been done by computing the Bayes factor and a positive preference has been obtained for the quintom model. Although not fully resolved, the Hubble tension can be reduced to 2.6σ when compared with the value of H0 reported in [1] and to 1.6σ when compared with that of [2].

研究动机与目标

• 研究具有非特定势形式的一般五种暗能量模型的追踪行为。
• 利用自治系统形式化方法分析模型的相空间动力学与固定点。
• 利用近期宇宙学数据评估该模型缓解哈勃张力的能力。
• 对五种暗能量模型与ΛCDM模型进行贝叶斯模型比较。
• 确定晚期暗能量区中幻影场与标量场的主导地位。

提出的方法

• 分别使用极坐标和双曲坐标变换将五种暗能量模型转化为自治动力系统，分别针对标量场与幻影场。
• 基于相空间分析，将固定点分类为物质主导、标量场主导和幻影场主导三类。
• 通过计算固定点的特征值评估其稳定性，并对非双曲情形应用中心流形定理。
• 利用最先进的宇宙学观测数据（包括CMB、BAO和SNe Ia）约束模型参数。
• 计算五种暗能量模型与ΛCDM模型之间的贝叶斯因子，以评估贝叶斯偏好。
• 通过将预测的$H_0$值与Riess等人（2022）和Scolnic等人（2023）的最新测量结果比较，更新哈勃张力状态。

(a)

实验结果

研究问题

• RQ1 一般五种暗能量模型是否支持可缓解精细调节与巧合问题的追踪解？
• RQ2 五种暗能量模型相空间中固定点的稳定性和晚期行为如何？
• RQ3 与ΛCDM模型相比，五种暗能量模型在多大程度上可缓解哈勃张力？
• RQ4 晚期暗能量密度中幻影场与标量场的相对贡献是多少？
• RQ5 五种暗能量模型是否在贝叶斯意义上优于标准ΛCDM模型？

主要发现

• 该模型支持五种暗能量场的追踪解，早期时标量场的能量密度可追踪背景能量密度。
• 观测结果偏好一个晚期由幻影场主导的宇宙，幻影场对暗能量密度的贡献约为15%。
• 与Riess等人（2022）比较时，哈勃张力降低至2.6σ；与Scolnic等人（2023）比较时，降低至1.6σ。
• 五种暗能量模型在贝叶斯因子上显示对模型的正向偏好，表明在贝叶斯意义上更偏好五种暗能量情景。
• 当$0 < eta_0 \rightarrow 9/2$时，固定点$p_1$是稳定的，表明在幻影场主导区域存在一个可行的晚期吸引子。
• 物质主导的固定点不稳定，而标量场主导的点$q_1$和$q_2$在特定参数范围内可作为晚期吸引子。

(b)