Anchors no more: Using peculiar velocities to constrain $H_0$ and the primordial Universe without calibrators

要約

ハッブルパラメーター$ h_0 $と原始パワースペクトル振幅$ a_ \ mathrm {s} $をSupernovae Type IA（SNIA）データを使用して制約する新しいアプローチを開発します。
SNIAを特異な速度フィールドのトレーサーと見なすことにより、セファイドのようなキャリブレーターを必要とせずに宇宙パラメーターの関数として距離と共分散をモデル化することができます。
これにより、距離アンカーのないSNIAデータに基づいて、大規模な構造の新しい独立したプローブが得られます。
重要なことに、効率的なエミュレータやアフィンサンプリングを含む、JAXに微分可能なパイプラインを実装し、1つのGPUでの推論時間を数年から数時間に短縮します。
まず、モックデータセットでメソッドを検証し、$ \ sim10 \％$内で$ \ sim10 \％$内で$ h_0 $および$ \ log 10^{10} a_ mathrm {s} $を制限できることを示しています。
次に、$ n $ bodyシミュレーションからSNIAでパイプラインをテストし、中程度のノイズレベルで$ h_0 $で$ 7 \％$ – レベルの偏りのない制約を取得します。
最終的に、$ A_ \ mathrm {s} $を$ \ it {planck} $ valueに修正する際に、$ 10 \％$ $ h_0 $をCepheidsなしで$ 10 \％$ $レベルで制約します。
一方、分析にcepheidsを含めると$ \ it {planck} $と一致して、$ \ log 10^{10} a_ \ mathrm {s} $の$ 15 \％$ – レベルの制約を取得します。
Zwicky Transient Facilityからの低赤方偏移SNIAの今後の観察と、空間と時間のVera Rubin Legacy Survey、当社の方法がその潜在能力を最大限に発展させる調査に照らして、コードを公開します。

要約(オリジナル)

We develop a novel approach to constrain the Hubble parameter $H_0$ and the primordial power spectrum amplitude $A_\mathrm{s}$ using supernovae type Ia (SNIa) data. By considering SNIa as tracers of the peculiar velocity field, we can model their distance and their covariance as a function of cosmological parameters without the need of calibrators like Cepheids; this yields a new independent probe of the large-scale structure based on SNIa data without distance anchors. Crucially, we implement a differentiable pipeline in JAX, including efficient emulators and affine sampling, reducing inference time from years to hours on a single GPU. We first validate our method on mock datasets, demonstrating that we can constrain $H_0$ and $\log 10^{10}A_\mathrm{s}$ within $\sim10\%$ using $\sim10^3$ SNIa. We then test our pipeline with SNIa from an $N$-body simulation, obtaining $7\%$-level unbiased constraints on $H_0$ with a moderate noise level. We finally apply our method to Pantheon+ data, constraining $H_0$ at the $10\%$ level without Cepheids when fixing $A_\mathrm{s}$ to its $\it{Planck}$ value. On the other hand, we obtain $15\%$-level constraints on $\log 10^{10}A_\mathrm{s}$ in agreement with $\it{Planck}$ when including Cepheids in the analysis. In light of upcoming observations of low redshift SNIa from the Zwicky Transient Facility and the Vera Rubin Legacy Survey of Space and Time, surveys for which our method will develop its full potential, we make our code publicly available.

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