Published February 3, 2024
| Version v1
Publication
Open
Cosmological constraints on the $$R^2$$-corrected Appleby–Battye model
- 1. Valongo Observatory
- 2. National Observatory
- 3. Universidade Federal do Rio de Janeiro
Description
Abstract Nowadays, efforts are being devoted to the study of alternative cosmological scenarios, in which, modifications of the General Relativity theory have been proposed to explain the late cosmic acceleration without assuming the existence of the dark energy component. In this scenario, we investigate the $$R^2$$ R 2 - corrected Appleby–Battye model , or $$R^2$$ R 2 -AB model, which consists of an f ( R ) model with only one extra free parameter b , besides the cosmological parameters of the flat- $$\varLambda $$ Λ CDM model: $$H_0$$ H 0 and $$\varOmega _{m,0}$$ Ω m , 0 . Regarding this model, it was already shown that a positive value for b is required for the model to be consistent with Solar System tests, moreover, the condition for the existence of a de Sitter state requires $$b \ge 1.6$$ b ≥ 1.6 . To impose observational constraints on the $$R^2$$ R 2 -AB model we consider three datasets: 31 H ( z ) measurements from Cosmic Chronometers (CC), 20 $$[{f\sigma }_{8}](z)$$ [ f σ 8 ] ( z ) measurements from Redshift-Space Distortion (RSD), and the most recent type Ia Supernovae (SNe Ia) sample from Pantheon+. Next, we perform two diferent analyses: we have cosidered only SNe Ia data and the combined likelihood SNe $$+$$ + CC $$+$$ + RSD. The first one has provided $$b=2.28^{+6.52}_{-0.55}$$ b = 2 . 28 - 0.55 + 6.52 , while the second one $$b=2.18^{+5.41}_{-0.55}$$ b = 2 . 18 - 0.55 + 5.41 . In the first case it was necessary to set the absolute magnitude $$M_B = -19.253$$ M B = - 19.253 from SH0ES collaboration, while in the second we did a marginalization over the Hubble constant $$H_0$$ H 0 in the normalized growth function. We have also observed that the $$H_0-M_B$$ H 0 - M B degenerecency was broken by adding CC data to the SNe data. Additionally, we perform illustrative analyses that compare this f ( R ) model with the flat- $$\varLambda $$ Λ CDM model, considering several values of the parameter b , for diverse cosmological functions like the Hubble function H ( z ), the equation of state $$w_\textrm{eff}(z)$$ w eff ( z ) , the parametrized growth rate of cosmic structures $$[f \sigma _8](z)$$ [ f σ 8 ] ( z ) , and $$\sigma _8(z)$$ σ 8 ( z ) . From our results, we conclude that the $$R^2$$ R 2 -AB model fits well current observational data, although the model parameter b was not unambiguously constrained in the analyses.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في الوقت الحاضر، يتم تكريس الجهود لدراسة السيناريوهات الكونية البديلة، حيث تم اقتراح تعديلات على نظرية النسبية العامة لشرح التسارع الكوني المتأخر دون افتراض وجود مكون الطاقة المظلمة. في هذا السيناريو، نتحقق من نموذج $$R^2 $$ R 2 - المصحح من Appleby - Battye، أو نموذج $$ R ^ 2 $$ R 2 - AB، والذي يتكون من نموذج f ( R ) مع معلمة حرة إضافية واحدة فقط b ، إلى جانب المعلمات الكونية للنموذج المسطح -$$$\ varLambda $$• CDM :$$ H _0 $$ H 0 و $$\ varOmega _{ m,0 }$$ Ω m , 0 . فيما يتعلق بهذا النموذج، فقد تبين بالفعل أن القيمة الإيجابية لـ b مطلوبة لكي يكون النموذج متسقًا مع اختبارات النظام الشمسي، علاوة على ذلك، فإن شرط وجود حالة de Sitter يتطلب $$b \ge 1.6 $$ b ≥ 1.6 . لفرض قيود الملاحظة على نموذج $$R^2 $$ R 2 - AB، نأخذ في الاعتبار ثلاث مجموعات بيانات: 31 H ( z ) قياسات من الكرونومترات الكونية (CC)، 20 $[{ f\sigma }_{ 8 }]( z )$[ f σ 8 ]( z) قياسات من تشوه الانزياح- الفضاء الأحمر (RSD)، وأحدث عينة من المستعرات العظمى من النوع Ia (SNe Ia) من Pantheon+. بعد ذلك، نجري تحليلين مختلفين: لقد نظرنا فقط في بيانات SNe Ia والاحتمال المجمع SNe $$+$$+ CC $$+$+ RSD. قدم الأول $$b=2.28^{+6.52 }_{-0.55 }$ b = 2 . 28 - 0.55 + 6.52 ، بينما قدم الثاني $$b=2.18 ^{+5.41 }_{-0.55 }$ b = 2 . 18 - 0.55 + 5.41 . في الحالة الأولى، كان من الضروري تعيين المقدار المطلق $$M_B = -19.253$$ M B = - 19.253 من تعاون SH0ES، بينما في الحالة الثانية قمنا بالتهميش على ثابت هابل $$H _0 $$ H 0 في دالة النمو الطبيعية. لقد لاحظنا أيضًا أنه تم كسر انحلال $$H _0 - M_B$ H 0 - M B عن طريق إضافة بيانات CC إلى بيانات SNe. بالإضافة إلى ذلك، نقوم بإجراء تحليلات توضيحية تقارن نموذج f ( R ) هذا بنموذج $$\ varLambda $$ CDM المسطح، مع الأخذ في الاعتبار عدة قيم للمعلمة b ، لوظائف كونية متنوعة مثل دالة هابل H ( z )، ومعادلة الحالة $$w _\ textrm {eff}(z)$$ w eff ( z ) ، ومعدل النمو المحدد للتراكيب الكونية $$[ f \sigma _8 ]( z) $$[ f σ 8 ] ( z ) ، و $$\ sigma _8 (z)$$ σ 8 ( z ) . من نتائجنا، نستنتج أن نموذج $$ R^2 $$ R 2 - AB يناسب بيانات المراقبة الحالية بشكل جيد، على الرغم من أن معلمة النموذج b لم تكن مقيدة بشكل لا لبس فيه في التحليلات.Translated Description (French)
Résumé De nos jours, des efforts sont consacrés à l'étude de scénarios cosmologiques alternatifs, dans lesquels, des modifications de la théorie de la relativité générale ont été proposées pour expliquer l'accélération cosmique tardive sans supposer l'existence de la composante d'énergie sombre. Dans ce scénario, nous étudions le modèle $$R^2 $$ R 2 - corrigé d'Appleby-Battye, ou le modèle $ $ R^ 2 $ $ R 2 -AB, qui consiste en un modèle f ( R ) avec un seul paramètre libre supplémentaire b , en plus des paramètres cosmologiques du modèle flat- $$\ varLambda $$ Λ CDM : $$ $H_0 $$ H 0 et $$\ varOmega_{m,0}$$ Ω m , 0 . En ce qui concerne ce modèle, il a déjà été montré qu'une valeur positive pour b est nécessaire pour que le modèle soit cohérent avec les tests du système solaire, de plus, la condition d'existence d'un état de Sitter nécessite $$b \ge 1,6 $$ $ b ≥ 1,6 . Pour imposer des contraintes observationnelles au modèle $$R^2 $$ R 2 -AB, nous considérons trois ensembles de données : les mesures 31 H ( z ) des chronomètres cosmiques (CC), les mesures 20 $$[{f\sigma }_{8}](z)$$ [ f σ 8 ] ( z ) de la distorsion de l'espace de décalage vers le rouge (RSD) et l'échantillon le plus récent de supernovae de type Ia (SNe Ia) du Panthéon+. Ensuite, nous effectuons deux analyses différentes : nous n'avons pris en compte que les données SNe Ia et la probabilité combinée SNe $ $ + $ $ + CC $$+$$ + RSD. Le premier a fourni $$b=2,28^{+6,52}_{-0,55}$$ b = 2,28 - 0,55 + 6,52 , tandis que le second $$b=2,18^{+5,41}_{-0,55}$$ b = 2 . 18 - 0,55 + 5,41 . Dans le premier cas, il était nécessaire de définir la magnitude absolue $$M_B = -19,253 $$ M B = - 19,253 de la collaboration SH0ES, tandis que dans le second, nous avons fait une marginalisation sur la constante de Hubble $$H_0 $$ H 0 dans la fonction de croissance normalisée. Nous avons également observé que la dégénérescence $$H_0-M_B$$ H 0 - M B a été brisée en ajoutant des données CC aux données SNe. De plus, nous effectuons des analyses illustratives qui comparent ce modèle f ( R ) avec le modèle flat- $$\ varLambda $ $ Λ CDM, en considérant plusieurs valeurs du paramètre b , pour diverses fonctions cosmologiques comme la fonction de Hubble H ( z ), l'équation d'état $$w_\textrm{eff}(z)$$ w eff ( z ) , le taux de croissance paramétré des structures cosmiques $$[f \sigma _8](z)$ [ f σ 8 ] ( z ) , et $$\sigma _8(z)$ σ 8 ( z ) . D'après nos résultats, nous concluons que le modèle $$R^2 $$ R 2 -AB correspond bien aux données d'observation actuelles, bien que le paramètre b du modèle n'ait pas été contraint sans ambiguïté dans les analyses.Translated Description (Spanish)
Resumen Hoy en día, se están dedicando esfuerzos al estudio de escenarios cosmológicos alternativos, en los que se han propuesto modificaciones de la teoría de la Relatividad General para explicar la aceleración cósmica tardía sin asumir la existencia del componente de energía oscura. En este escenario, investigamos el modelo $$R^2 $$ R 2 - Appleby-Battye corregido, o el modelo $$R^2 $$ R 2 -AB, que consiste en un modelo f ( R ) con solo un parámetro libre adicional b , además de los parámetros cosmológicos del modelo plano- $$\ varLambda $$ Λ CDM: $$H_0 $$ H 0 y $$\ varOmega_{m,0}$ $$ Ω m , 0 . Con respecto a este modelo, ya se demostró que se requiere un valor positivo para b para que el modelo sea consistente con las pruebas del Sistema Solar, además, la condición para la existencia de un estado de Sitter requiere $$b \ge 1.6 $$ b ≥ 1.6 . Para imponer restricciones observacionales en el modelo $$R^2 $$ R 2 -AB, consideramos tres conjuntos de datos: 31 mediciones H ( z ) de Cronómetros Cósmicos (CC), 20 mediciones $$[{f\sigma }_{8}](z)$$ [ f σ 8 ] ( z ) de Distorsión del Espacio-Rojo (RSD) y la muestra más reciente de Supernovas de tipo Ia (SNe Ia) del Panteón+. A continuación, realizamos dos análisis diferentes: hemos considerado solo los datos de SNe Ia y la probabilidad combinada SNe $$+$$ + CC $$+$$ + RSD. El primero ha proporcionado $$b=2.28^{+6.52}_{-0.55}$$ b = 2 . 28 - 0.55 + 6.52 , mientras que el segundo $$b=2.18^{+5.41}_{-0.55}$$ b = 2 . 18 - 0.55 + 5.41 . En el primer caso fue necesario establecer la magnitud absoluta $$M_B = -19.253 $$ M B = -19.253 de la colaboración SH0ES, mientras que en el segundo hicimos una marginación sobre la constante de Hubble $$H_0 $$ H 0 en la función de crecimiento normalizado. También hemos observado que la degeneración $$H_0-M_B$$ H 0 - M B se rompió al agregar datos de CC a los datos de SNe. Adicionalmente, realizamos análisis ilustrativos que comparan este modelo f ( R ) con el modelo plano- $$\ varLambda $$ Λ CDM, considerando varios valores del parámetro b , para diversas funciones cosmológicas como la función de Hubble H ( z ), la ecuación de estado $$w_\textrm{eff}(z)$$ w eff ( z ) , la tasa de crecimiento parametrizada de estructuras cósmicas $$[f \sigma _8](z)$$ [ f σ 8 ] ( z ) , y $$\sigma _8(z)$$ σ 8 ( z ) . A partir de nuestros resultados, concluimos que el modelo $$R^2 $$ R 2 -AB se ajusta bien a los datos observacionales actuales, aunque el parámetro del modelo b no se limitó inequívocamente en los análisis.Files
s10052-024-12437-x.pdf.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9d63d5c04769443b7847301bb327ab06
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- القيود الكونية على نموذج Appleby - Battye المصحح $$R^2 $$
- Translated title (French)
- Contraintes cosmologiques sur le modèle Appleby-Battye corrigé $ $ R^2 $ $
- Translated title (Spanish)
- Restricciones cosmológicas en el modelo Appleby-Battye corregido $ $ R^2 $ $
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391515161
- DOI
- 10.1140/epjc/s10052-024-12437-x
References
- https://openalex.org/W1506543319
- https://openalex.org/W1540356931
- https://openalex.org/W1555237261
- https://openalex.org/W1754513050
- https://openalex.org/W1853767801
- https://openalex.org/W1906105634
- https://openalex.org/W1934775445
- https://openalex.org/W1938366638
- https://openalex.org/W1971230011
- https://openalex.org/W1975754976
- https://openalex.org/W1983168975
- https://openalex.org/W1984788754
- https://openalex.org/W1986813871
- https://openalex.org/W1987300459
- https://openalex.org/W1989563518
- https://openalex.org/W1989589910
- https://openalex.org/W1993929115
- https://openalex.org/W1994671833
- https://openalex.org/W2004188331
- https://openalex.org/W2004493956
- https://openalex.org/W2011426435
- https://openalex.org/W2012139916
- https://openalex.org/W2019326730
- https://openalex.org/W2021394016
- https://openalex.org/W2023724948
- https://openalex.org/W2045719640
- https://openalex.org/W2056583201
- https://openalex.org/W2073832139
- https://openalex.org/W2076533122
- https://openalex.org/W2088391028
- https://openalex.org/W2096407827
- https://openalex.org/W2111042150
- https://openalex.org/W2123864481
- https://openalex.org/W2140074232
- https://openalex.org/W2142635246
- https://openalex.org/W2150681584
- https://openalex.org/W2169912865
- https://openalex.org/W2178152867
- https://openalex.org/W2409023790
- https://openalex.org/W2487465875
- https://openalex.org/W2501864044
- https://openalex.org/W2587754488
- https://openalex.org/W2606887303
- https://openalex.org/W2649847968
- https://openalex.org/W2763117186
- https://openalex.org/W2783004400
- https://openalex.org/W2895736537
- https://openalex.org/W2899595625
- https://openalex.org/W2950149674
- https://openalex.org/W2953988765
- https://openalex.org/W2967042522
- https://openalex.org/W3017483760
- https://openalex.org/W3098728794
- https://openalex.org/W3099029965
- https://openalex.org/W3099432282
- https://openalex.org/W3099767851
- https://openalex.org/W3100339959
- https://openalex.org/W3100691691
- https://openalex.org/W3102136416
- https://openalex.org/W3102228028
- https://openalex.org/W3103794193
- https://openalex.org/W3104836500
- https://openalex.org/W3105258472
- https://openalex.org/W3108127179
- https://openalex.org/W3123971863
- https://openalex.org/W3164224166
- https://openalex.org/W3164405615
- https://openalex.org/W3207997589
- https://openalex.org/W4221118649
- https://openalex.org/W4221151781
- https://openalex.org/W4254697324
- https://openalex.org/W4292403327
- https://openalex.org/W4304694635
- https://openalex.org/W4306850861
- https://openalex.org/W4379250911
- https://openalex.org/W4388984093
- https://openalex.org/W579474509