[论文解读] Tracking quintessence by cosmic shear - Constraints from VIRMOS-Descart and CFHTLS and future prospects

C. Schimd, I. Tereno+7 more|CERN Document Server (European Organization for Nuclear Research)|Mar 7, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用 29

一句话总结

本研究利用VIRMOS-Descart和CFHTLS的宇宙引力透镜观测数据，结合Ia型超新星和CMB观测，对标量场暗能量模型施加约束。对于反幂律势模型，结果表明在95%置信水平下α < 1，且Ω_Q0 = 0.75⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁴；暗能量参数的约束结果稳健，但原初谱参数对非线性映射方法敏感。

ABSTRACT

Dark energy can be investigated in two complementary ways, by considering either general parameterizations or physically well-defined models. Following the second route, we explore the constraints on quintessence models where the acceleration is driven by a slow-rolling scalar field. The analysis focuses on cosmic shear, combined with supernovae Ia and CMB data. Using a Boltzmann code including quintessence models and the computation of weak lensing observables, we determine several two-point shear statistics. The non-linear regime is described by two different mappings. The likelihood analysis is based on a grid method. The data include the "gold set" of supernovae Ia, the WMAP-1 year data and the VIRMOS-Descart and CFHTLS-deep and -wide data for weak lensing. This is the first analysis of high-energy motivated dark energy models that uses weak lensing data. We explore larger angular scales, using a synthetic realization of the complete CFHTLS-wide survey as well as next space-based missions surveys. Two classes of cosmological parameters are discussed: i) those accounting for quintessence affect mainly geometrical factors; ii) cosmological parameters specifying the primordial universe strongly depend on the description of the non-linear regime. This dependence is addressed using wide surveys, by discarding the smaller angular scales to reduce the dependence on the non-linear regime. Special care is payed to the comparison of these physical models with parameterizations of the equation of state. For a flat universe and a quintessence inverse power law potential with slope alpha, we obtain alpha &lt; 1 and Omega_Q=0.75^{+0.03}_{-0.04} at 95% confidence level, whereas alpha=2^{+18}_{-2}, Omega_Q=0.74^{+0.03}_{-0.05} when including supergravity corrections.

研究动机与目标

• 利用宇宙引力透镜数据，研究物理上合理的标量场暗能量模型的观测约束。
• 评估弱引力透镜巡天如何与超新星和CMB数据联合，缓解暗能量参数空间中的退化问题。
• 检验非线性结构形成对宇宙学参数约束的影响，特别是对原初参数的影响。
• 预测未来空间基弱引力透镜巡天在追踪暗能量演化方面的性能。
• 比较物理标量场模型与参数化状态方程模型，解决枢轴红移问题。

提出的方法

• 使用包含标量场模型的Boltzmann计算代码，计算弱引力透镜可观测量，包括剪切功率谱和两点统计量。
• 采用两种不同的非线性映射方法，以模拟宇宙弱引力透镜中从线性到非线性区的过渡。
• 通过网格法对组合数据集执行似然分析：Ia型超新星的“黄金数据集”、WMAP一年CMB数据，以及VIRMOS-Descart和CFHTLS弱引力透镜数据。
• 利用CMB数据对原初功率谱进行归一化，将σ₈视为模型预测值而非自由参数。
• 在小角尺度上测试数据截断，以降低对非线性区建模不确定性的敏感性。
• 通过宽场巡天的合成实现，预测未来性能，比较空间任务中深场与宽场策略的优劣。

实验结果

研究问题

• RQ1 VIRMOS-Descart和CFHTLS的宇宙弱引力透镜测量在多大程度上约束了反幂律势标量场模型的参数？
• RQ2 当与超新星和CMB观测联合时，弱引力透镜数据在多大程度上改善了对暗能量的约束？
• RQ3 宇宙学参数约束对弱引力透镜统计中非线性区建模的敏感性如何？
• RQ4 深场与宽场空间基弱引力透镜巡天在追踪标量场演化方面，性能相对如何？
• RQ5 物理标量场模型与参数化状态方程模型相比，在与当前数据的一致性方面表现如何？

主要发现

• 对于具有反幂律势的平坦宇宙，分析结果在95%置信水平下给出α < 1，且Ω_Q0 = 0.75⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁴。
• 当引入超引力修正时，约束变为α = 2⁺¹⁸₋₂，且Ω_Q0 = 0.74⁺⁰.⁰³₋₀.₀⁵（95%置信水平）。
• 与原初功率谱相关的宇宙学参数对非线性映射的选择极为敏感，而暗能量参数的约束结果则保持稳健。
• 在小角尺度截断弱引力透镜数据可降低对非线性区建模的依赖，提升约束结果的稳定性。
• 未来宽场空间基巡天有望显著改善暗能量约束，且更宽更浅的巡天策略在弱引力透镜研究中优于更深的巡天。
• 本研究首次利用CFHTLS弱引力透镜数据约束物理暗能量模型，证实其与其他探针具有强互补性。