Impact of CMB low-$\ell$ EE polarization data on dark energy parameterizations

Título: Impacto de los datos de polarización EE de bajo-$\ell$ del CMB en las parametrizaciones de la energía oscura

Planteamiento del problema
La medición de la profundidad óptica de reionización ($\tau_{\text{reio}}$) está impulsada principalmente por la polarización de modo E a gran escala del fondo cósmico de microondas (CMB) en multipolos $\ell < 30$. Análisis recientes sugieren que eliminar estos datos de EE de bajo-$\ell$ puede aliviar diversas tensiones cosmológicas, particularmente aquellas relacionadas con la energía oscura dinámica (DDE). Mientras que estudios previos han señalado que la tensión entre los datos de oscilaciones acústicas de bariones (BAO) de redshift bajo-intermedio y los datos del CMB de alto redshift podría explicarse por sistemáticas desconocidas en las mediciones de polarización a gran escala, aún queda por explorar plenamente hasta qué punto la sensibilidad de $\tau_{\text{reio}}$ persiste a través de diferentes parametrizaciones de la Energía Oscura (DE). Este trabajo investiga el impacto de excluir los datos de EE de bajo-$\ell$ en las restricciones de las parametrizaciones de DE de Chevallier-Polarski-Linder (CPL), Jassal-Bagla-Padmanabhan (JBP) y Barboza-Alcaniz (BA), comparándolas contra el modelo estándar $\Lambda$CDM.

Metodología
Los autores restringen las parametrizaciones de DE utilizando una combinación de datos del CMB del satélite Planck y del Atacama Cosmology Telescope Data Release 6 (ACT DR6), complementados con mediciones de BAO de DESI (DR2) y la compilación PantheonPlus de SNe Ia.

Se analizan dos combinaciones de datos distintas:

1. Conjunto de datos completo: CMB + SNe + BAO, incluyendo las verosimilitudes de polarización EE de bajo-$\ell$ (proporcionadas por la verosimilitud sroll2 para Planck y ACT).
2. Conjunto de datos excluido: CMB + SNe + BAO, con la verosimilitud de EE de bajo-$\ell$ eliminada. En este escenario, $\tau_{\text{reio}}$ se restringe principalmente a través de degeneraciones de parámetros, específicamente la degeneración $A_s - \tau_{\text{reio}}$, en lugar de restricciones directas de polarización.

El análisis utiliza el código de Boltzmann CLASS para predicciones de teoría lineal y hmode para correcciones no lineales. La inferencia bayesiana se realiza utilizando Cobaya, con cadenas de Monte Carlo por cadenas de Markov (MCMC) analizadas mediante GetDist. El rendimiento del modelo se evalúa mediante el Criterio de Información de Akaike (AIC) y el Criterio de Información de Deviación (DIC) con respecto al modelo de referencia $\Lambda$CDM.

Resultados clave

• Desplazamientos en $\tau_{\text{reio}}$ y $A_s$: La exclusión de los datos de EE de bajo-$\ell$ desplaza los valores centrales de $\tau_{\text{reio}}$ y la amplitud del espectro de potencia primordial ($A_s$) hacia valores más altos. Esto es impulsado por la degeneración no rota $A_s - \tau_{\text{reio}}$.

  • Para $\Lambda$CDM y JBP, $A_s$ se desplaza hacia arriba en $\sim(1.4 - 1.8)\sigma$.
  • Para CPL y BA, el desplazamiento es más leve, de $\sim 1\sigma$.
  • Las barras de error en $A_s$ se relajan significativamente (en un $\sim 50-120\%$) cuando se excluyen los datos de EE de bajo-$\ell$, siendo la relajación más pronunciada para CPL y BA.

• Evolución de la ecuación de estado (EOS): La exclusión de los datos de EE de bajo-$\ell$ impulsa los parámetros de la EOS ($w_0, w_a$) de todas las tres parametrizaciones hacia el régimen de quintesencia ($w(z) > -1$).

  • Este desplazamiento es impulsado principalmente por el fortalecimiento de las correlaciones $w_a - A_s$ y $w_a - \tau_{\text{reio}}$.
  • El efecto es más prominente en la parametrización JBP, donde la EOS se sitúa enteramente dentro del régimen de quintesencia al nivel de confianza de $1\sigma$ cuando se excluyen los datos de EE de bajo-$\ell$.

• Correlaciones de parámetros:

  • En $\Lambda$CDM, excluir los datos de EE de bajo-$\ell$ fortalece la correlación $A_s - \tau_{\text{reio}}$, lo que se propaga a $\sigma_8$, causando un desplazamiento ascendente de $\sim 1.5\sigma$ en $\sigma_8$.
  • En las parametrizaciones de DE, las correlaciones $A_s - \sigma_8$ y $\sigma_8 - \tau_{\text{reio}}$ permanecen relativamente débiles o moderadas. La libertad adicional proporcionada por $w_0$ y $w_a$ absorbe el tirón ascendente sobre $\sigma_8$, resultando en ningún desplazamiento significativo en los valores centrales de $\sigma_8$, aunque las barras de error se ensanchan ligeramente.
  • Una fuerte correlación negativa entre $w_0$ y $w_a$ conduce a cancelaciones parciales en la respuesta neta de la EOS ante el desplazamiento de $\tau_{\text{reio}}$, lo que explica los desplazamientos relativamente pequeños en $w(z)$ en comparación con los desplazamientos en $A_s$.

• Comparación de modelos:

  • AIC: Muestra evidencia positiva a favor de CPL y BA sobre $\Lambda$CDM, y evidencia débil para JBP. Estos resultados son robustos a la inclusión o exclusión de los datos de EE de bajo-$\ell$.
  • DIC: Muestra una sensibilidad leve al conjunto de datos utilizado.
    • Para tanto Planck como ACT DR6, CPL y BA muestran evidencia positiva sobre $\Lambda$CDM al excluir los datos de EE de bajo-$\ell$, cambiando a evidencia fuerte al incluirlos.
    • Para JBP, ACT DR6 muestra evidencia positiva débil sobre $\Lambda$CDM independientemente de la inclusión de EE de bajo-$\ell$. Sin embargo, los datos de Planck favorecen débilmente a $\Lambda$CDM sobre JBP independientemente de la inclusión de EE de bajo-$\ell$.
  • Impulsores de la mejora: La mejora en el ajuste ($\Delta \chi^2$) para los modelos de DE es impulsada principalmente por la verosimilitud de SNe, con contribuciones no despreciables de los datos de CMB de alto-$\ell$ TT/TE/EE para CPL y BA. BAO contribuye con un $\Delta \chi^2 \sim -2$ constante. Los datos de EE de bajo-$\ell$ y de lensing son insignificantes.

Significancia y conclusiones
El artículo concluye que $\tau_{\text{reio}}$ actúa como un hilo conductor subyacente a múltiples tensiones cosmológicas actuales, incluyendo la aparente preferencia por la energía oscura dinámica y la preferencia no física por masas de neutrinos negativas encontradas en algunos análisis. Los hallazgos sugieren que la evidencia de una energía oscura evolutiva es sensible al tratamiento de los datos de polarización a gran escala.

Los autores enfatizan que las restricciones sobre $\tau_{\text{reio}}$ dependen actualmente de un único conjunto de datos (polarización del CMB a gran escala). Los resultados resaltan la necesidad de restringir $\tau_{\text{reio}}$ de manera más eficiente utilizando métodos independientes para evitar sesgos en la estimación de parámetros cosmológicos. El estudio también observa que las actualizaciones recientes de la muestra de SNe de DES (DES-Dovekie) reducen la evidencia de DDE, lo que sugiere que la muestra específica de SNe utilizada influye significativamente en las conclusiones finales, un factor que los autores reconocen en su análisis.