[论文解读] Updated constraints from the effective field theory analysis of BOSS power spectrum on Early Dark Energy

Théo Simon, Pierre Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2022

Cosmology and Gravitation Theories被引用 4

一句话总结

本文使用校正后的EFTBOSS功率谱分析，重新评估了早期暗能量（EDE）的约束，修正了窗口函数中的归一化错误。结果表明，仅EFTBOSS数据相比以往研究削弱了对EDE的约束，但当与普朗克（Planck）和SH0ES数据结合时，EDE仍具可行性，$f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$，对应$z_c \sim 4365$，将哈勃张力降低至$2.1\sigma$，尽管SH0ES校准强烈支持EDE，其显著性超过$5\sigma$。

ABSTRACT

Analyses of the full shape of BOSS DR12 power spectrum using the one-loop prediction from the Effective Field Theory of Large-Scale Structure (EFTBOSS) have led to new constraints on extensions to the $Λ$CDM model, such as Early Dark Energy (EDE) which has been suggested as a resolution to the "Hubble tension". In this paper, we re-assess the constraining power of the EFTBOSS on EDE in light of a correction to the normalization of BOSS window functions. Overall we find that constraints from EFTBOSS on EDE are weakened, and represent a small change compared to constraints from Planck and the conventional BAO/$fσ_8$ measurements. The combination of Planck data with EFTBOSS provides a bound on the maximal fractional contribution of EDE $f_{ m EDE}<0.083$ at 95% C.L. (compared to $<0.054$ with the incorrect normalization, and $<0.088$ without full-shape data) and the Hubble tension is reduced to $2.1σ$. However, the more extreme model favored by an analysis with just data from the Atacama Cosmology Telescope is disfavored by the EFTBOSS data. We also show that the updated Pantheon+ Type Ia supernova analysis can slightly increase the constraints on EDE. Yet, the inclusion of the SN1a magnitude calibration by SH0ES strongly increases the preference for EDE to above $5σ$, yielding $f_{ m EDE}\sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$ around the redshift $z_c=4365^{+3000}_{-1100}$. Our results demonstrate that EFTBOSS data (alone or combined with Planck data) do not exclude the EDE resolution of the Hubble tension.

研究动机与目标

• 使用有效场论（EFT）对BOSS功率谱的分析，重新评估早期暗能量（EDE）的约束，修正此前未考虑的BOSS窗口函数归一化错误。
• 评估该修正对EFTBOSS数据在约束旨在解决哈勃张力的EDE模型时的约束能力的影响。
• 研究当EFTBOSS数据与普朗克（Planck）、BAO/fσ8、Pantheon+和SH0ES数据结合时，对EDE的偏好程度及残余哈勃张力的影响。
• 确定EFTBOSS数据是否排斥仅由阿塔卡马宇宙学望远镜（Atacama Cosmology Telescope, ACT）数据单独支持的极端EDE模型。

提出的方法

• 本研究将大尺度结构有效场论（EFTBOSS）的一阶修正预测应用于BOSS DR12功率谱的完整形状，整合了更新后的窗口函数归一化。
• 采用联合似然分析方法，结合多种宇宙学数据集：普朗克（Planck）高ℓ和低ℓ TT、EE与弱引力透镜数据；ACT DR4；BOSS BAO与fσ8测量；EFTBOSS CMASS与LOWZ数据；Pantheon与Pantheon+超新星Ia数据；以及SH0ES的H₀测量。
• 通过计算EDE与ΛCDM模型之间的Δχ²来评估统计偏好程度，显著性基于自由度为三的χ²分布进行评估。
• 采用张力度量$Q_{\rm DMAP} = \sqrt{\chi^{2}(\text{含SH0ES}) - \chi^{2}(\text{不含SH0ES})}$来量化SH0ES引入的对EDE的偏好程度。
• EFTBOSS似然函数基于功率谱的完整形状构建，包含非线性与红外修正，以提升对早期暗能量的敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 修正BOSS窗口函数的归一化后，对EFTBOSS在早期暗能量（EDE）上的约束有何影响？
• RQ2 当EFTBOSS数据单独或与普朗克（Planck）数据结合时，EDE被引入模型后，对哈勃张力的缓解程度如何？
• RQ3 EFTBOSS数据是否排斥仅由阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）数据单独支持的极端EDE模型？
• RQ4 包含SH0ES测光校准后，对EDE的偏好程度如何变化，特别是在与EFTBOSS和Planck数据结合时？

主要发现

• 修正BOSS窗口函数的归一化后，EFTBOSS对EDE的约束变弱，95%可信上限的EDE最大分数贡献提高至$f_{\rm EDE} < 0.083$，而此前错误归一化下的结果为$<0.054$。
• 当与普朗克（Planck）数据结合时，EFTBOSS将哈勃张力降低至$2.1\sigma$，表明EDE仍是缓解哈勃张力的可行方案。
• 仅由ACT DR4数据支持的极端EDE模型被更新后的EFTBOSS分析所排斥，当ACT与EFTBOSS结合时，对EDE的偏好仅为$1.7\sigma$。
• 更新后的Pantheon+超新星Ia分析略微收紧了对EDE的约束，但包含SH0ES测光校准后，对EDE的偏好显著增强至$>5\sigma$，得到$f_{\rm EDE} \sim 0.12^{+0.03}_{-0.02}$，对应$z_c \sim 4365^{+3000}_{-1100}$。
• 仅EFTBOSS数据无法排除EDE对哈勃张力的缓解作用，而EFTBOSS与Planck及SH0ES数据的联合分析支持在高显著性水平下存在非零的EDE贡献。