[论文解读] Using non-DESI data to confirm and strengthen the DESI 2024 spatially-flat $w_0w_a$CDM cosmological parameterization result

Chan‐Gyung Park, Javier de Cruz Pérez+1 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 10

一句话总结

本文利用 Planck 2018 CMB 数据与非 CMB 数据（Pantheon+ SNIa、H(z)、fσ₈、BAO）来确认并略微增强 DESI 2024 对平坦 w0 wa CDM 模型的约束，得到 w0≈-0.850 和 wa≈-0.59，对动态暗能量相对于 ΛCDM 的偏好约为 2σ。

ABSTRACT

We use a combination of Planck cosmic microwave background (CMB) anisotropy data and non-CMB data that include Pantheon+ type Ia supernovae (SNIa), Hubble parameter [$H(z)$], growth factor ($fσ_8$) measurements, and a collection of baryon acoustic oscillation (BAO) data, but not recent DESI 2024 BAO measurements, to confirm the DESI 2024 (DESI+CMB+PantheonPlus) data compilation support for dynamical dark energy with an evolving equation of state parameter $w(z) = w_0 + w_a z/(1+z)$. From our joint compilation of CMB and non-CMB data, in a spatially-flat cosmological model, we obtain $w_0 = -0.850 \pm 0.059$ and $w_a = -0.59^{+0.26}_{-0.22}$ and find that this dynamical dark energy is favored over a cosmological constant by $\sim 2σ$. Our data constraints on the flat $w_0w_a$CDM parameterization are slightly more restrictive than the DESI 2024 constraints, with the DESI 2024 and our values of $w_0$ and $w_a$ differing by $-0.27σ$ and $0.44σ$, respectively. Our data compilation slightly more strongly favors the flat $w_0w_a$CDM model over the flat $Λ$CDM model than does the DESI 2024 data compilation. We note that our CMB and non-CMB data $w_0w_a$CDM parameterization cosmological constraints are discrepant at 2.7$σ$, a little larger than the 1.9$σ$ discrepancy between DESI DR1 BAO and CMB data flat $Λ$CDM model cosmological constraints. We also show that if we remove the Pantheon+ SNIa contribution from the non-CMB data, for the $w_0w_a$CDM parameterization we still find tension between P18 and non-CMB data (2.5$σ$) and P18+lensing and non-CMB data (2.4$σ$). Even after the exclusion of Pantheon+ SNIa data the $Λ$CDM model is still disfavoured at $\sim 2σ$ c.l.

研究动机与目标

• 动机是测试 DESI 2024 的动态暗能量结果是否会在非 DESI 数据中持续存在。
• 使用 Planck 2018 CMB 加上 Pantheon+ SNIa、H(z)、fσ8 和 BAO 数据（不包含 DESI 2024 的 BAO）对平坦的 w0 wa CDM进行约束。
• 将约束结果与 DESI 2024 的发现进行比较，并评估动态暗能量的统计显著性。
• 讨论对 ΛCDM 与物理驱动的暗能量模型的意义。
• 评估数据集之间的一致性，并使用信息准则评估模型偏好。

提出的方法

• 使用 CAMB/COSMOMC（2018）来计算理论预测并执行 MCMC 参数估计。
• 在空间平坦几何中用方程状态 w(z)=w0+wa z/(1+z) 来建模暗能量。
• 在分析非 CMB 数据时固定 τ 和 ns；对 w0 和 wa 采用平坦先验，-3≤w0≤0.2 且 -3<wa<2。
• 组合五个数据集：P18、P18+lensing、非 CMB、P18+non-CMB、以及 P18+lensing+non-CMB，并比较约束。
• 使用 ΔAIC、ΔDIC 以及紧张度/一致性指标（包括 log10 I 和 p 值）来量化模型比较。

Figure 1: One-dimensional likelihoods and 1 $\sigma$ and $2\sigma$ likelihood confidence contours of flat $w_{0}w_{a}$ CDM model parameters favored by non-CMB, P18, and P18+non-CMB data sets. We do not show $\tau$ and $n_{s}$ , which are fixed in the non-CMB data analysis.

实验结果

研究问题

• RQ1 将非 CMB 数据与 Planck 2018 CMB 数据结合，是否在平坦宇宙中更支持随时间演化的 w(z) 的动态暗能量模型相对于 ΛCDM？
• RQ2 相对于 DESI 2024 结果，来自非 CMB 数据提取的 w0 和 wa 的约束是什么？
• RQ3 信息准则（AIC、DIC）和一致性度量如何反映平坦的 w0 wa CDM 相对于 ΛCDM 的偏好？
• RQ4 在平坦的 w0 wa CDM 框架下，数据集（非 CMB 与 P18+lensing+non-CMB）在统计上是否一致？
• RQ5 派生参数 H0、Ωm 和 σ8 在不同数据集之间以及与 DESI 2024 结果相比如何？

主要发现

• 非 CMB 数据在 w 与 wa 上的约束比只用 Planck 或 Planck+lensing 的约束更紧密。
• 在平坦的 w0 wa CDM 下，P18+lensing+non-CMB 数据的结果是 w0= -0.850±0.059 和 wa= -0.59^{+0.26}_{-0.22}。
• 使用这些数据，动态暗能量相对于宇宙常数被约 2σ 偏好。
• 平坦的 w0 wa CDM 约束略比 DESI 2024 结果更严格，w0、wa 的差异分别为 -0.27σ 和 0.44σ。
• 在 ΔDIC ≈ -2.45（P18+lensing+non-CMB）的情况下，平坦的 w0 wa CDM 相对于平坦 ΛCDM 得到适度偏好；在本工作中略强于 DESI+CMB+PantheonPlus。
• DESI 2024 与本工作在组合数据集上的 w0 wa 约束总体上在 ~1σ–2σ 内相容。
• 派生参数 H0=67.80±0.64 km/s/Mpc, Ωm=0.3094±0.0063, σ8=0.8108±0.0091 与其他交叉检查一致，并与某些局部 H0 测量存在轻微张力。

Figure 2: One-dimensional likelihoods and 1 $\sigma$ and $2\sigma$ likelihood confidence contours of flat $w_{0}w_{a}$ CDM model parameters favored by non-CMB, P18+lensing, P18+lensing+non-CMB data sets. We do not show $\tau$ and $n_{s}$ , which are fixed in the non-CMB data analysis.