Present Day Cosmic Acceleration from SDSS and DESI BAO: A Call for Finer Tomography of the DESI Bright Galaxy Survey

Resumen Técnico: Aceleración Cósmica en el Presente a partir de SDSS y DESI BAO

Planteamiento del Problema
Análisis recientes que combinan las mediciones de Oscilaciones Acústicas de Bariones (BAO) de la segunda entrega de datos (DR2) del Instrumento de Espectroscopía de Energía Oscura (DESI) con datos del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) han sugerido una preferencia por una energía oscura que evoluciona con el tiempo, lo que potencialmente indica un epoch presente que no es acelerado. Esto contrasta con el modelo estándar $\Lambda$CDM y los resultados anteriores de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que consistentemente apoyan un universo acelerado. El problema central abordado en este artículo es el origen de la discrepancia entre las inferencias de DESI y SDSS con respecto al parámetro de deceleración actual ($q_0$) y la ecuación de estado de la energía oscura ($w_0$). Específicamente, los autores investigan si esta tensión surge de nueva física o de las diferencias en la cobertura de desplazamiento al rojo (redshift) de ambos sondeos.

Metodología
Los autores realizan un análisis comparativo de las historias de expansión tardía utilizando cuatro modelos cosmológicos: $w$CDM, $\nu$CDM ($\Lambda$CDM + neutrinos masivos), $w$CDM + $\sum m_\nu$, y la parametrización de Chevallier–Polarski–Lélier (CPL) ($w_0$-$w_a$). El estudio utiliza:

• Cadenas de BAO de DESI DR2 (Año-3): Combinadas con las funciones de verosimilitud de Planck 2018 CMB (NPIPE CamSpec high-$\ell$ y la conjunta Planck+ACT DR6 lensing).
• Cadenas de SDSS DR16 BAO/RSD: Combinadas con las funciones de verosimilitud de Planck CMB (2018 Plik lite y 2018 lensing reconstruction).
• Datos de Supernovas: Se añade la compilación Pantheon+ a la combinación de DESI para probar el impacto de los anclajes de bajo desplazamiento al rojo.

El análisis se centra en el parámetro de deceleración adimensional, $q_0$, derivado de los parámetros CPL $w_0$ y $\Omega_{DE,0}$ mediante la relación $q_0 = \frac{1}{2}\Omega_{m,0} + \frac{1}{2}(1+3w_0)\Omega_{DE,0}$. Los autores comparan explícitamente el desplazamiento al rojo efectivo ($z_{eff}$) de los bins de menor desplazamiento al rojo en cada sondeo: $z_{eff} \approx 0.295$ para el DESI Bright Galaxy Survey (BGS) frente a $z_{eff} \approx 0.15$ para el SDSS Main Galaxy Sample (MGS). Para aislar el efecto de la cobertura de redshift, los autores también analizan un conjunto de datos SDSS modificado con el anclaje de bajo redshift del MGS eliminado.

Resultados Clave

1. Divergencia en $w_0$ y $q_0$:

   • Planck + SDSS: Favorece $w_0 = -0.71^{+0.19}_{-0.18}$ y un parámetro de deceleración negativo $q_0 = -0.22^{+0.20}_{-0.21}$, consistente con un universo acelerado.
   • Planck + DESI: Favorece un $w_0 = -0.41^{+0.21}_{-0.22}$ significativamente más alto y un parámetro de deceleración mediano positivo $q_0 = +0.10^{+0.21}_{-0.23}$. La mediana de la distribución posterior se sitúa en el lado decelerado del límite $q_0=0$, aunque la incertidumbre de 1$\sigma$ cruza la transición.
   • Planck + DESI + Pantheon+: La inclusión de supernovas de Tipo Ia, que proporcionan restricciones de distancia a bajo desplazamiento al rojo, desplaza los resultados de DESI hacia $w_0 = -0.84^{+0.06}_{-0.05}$ y $q_0 = -0.37 \pm 0.06$, restaurando una firma clara de aceleración y reduciendo la tensión con $\Lambda$CDM.

2. La Cobertura de Redshift como Motor:
   Los autores demuestran que la discrepancia es impulsada por el menor desplazamiento al rojo efectivo sondeado. $w_0$ y $q_0$ son cantidades presentes sensibles a los puntos de datos disponibles más bajos.

   • SDSS, anclado en $z_{eff} \approx 0.15$, restringe $w_0$ y $q_0$ directamente con datos.
   • DESI, limitado a $z_{eff} \approx 0.295$, debe extrapolar la parametrización CPL hacia abajo hasta $z=0$. Esta extrapolación permite que los parámetros se desvíen hacia configuraciones donde $w_0$ es menos negativo y $q_0$ es positivo, impulsado por la degeneración $\Omega_{DE}$–$w_0$.

3. Pruebas de Validación:

   • Al eliminar el anclaje de bajo redshift del MGS de los datos de SDSS ($z_{eff}$ subiendo a $\approx 0.38$), las restricciones de SDSS se debilitan y se desvían hacia los valores de DESI (el $q_0$ cambia de $-0.22$a$-0.10$), confirmando que la pérdida de la palanca de bajo desplazamiento al rojo, en lugar de diferencias intrínsecas de los sondeos, causa el cambio.
   • En extensiones de un solo parámetro ($w$CDM, $\nu$CDM), los resultados de ambos sondeos permanecen consistentes e indican aceleración, resaltando que la tensión es específica para el modelo de energía oscura dinámica (CPL) donde $w_0$ es libre de variar.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo argumenta que la aparente preferencia de la combinación DESI BAO+CMB por un epoch presente no acelerado es probablemente un artefacto del muestreo de redshift en lugar de evidencia de nueva física. Los autores afirman que sin un anclaje de distancia directo por debajo de $z \approx 0.3$, la parametrización CPL no puede restringir robustamente la aceleración presente, lo que conduce a una inferencia "frágil" donde la mediana de la distribución posterior se desvía hacia el régimen decelerado debido a la extrapolación.

Los autores concluyen que la preferencia de DESI por la energía oscura dinámica (específicamente la tensión $w_0$-$w_a$) es distinta de la inferencia de $q_0$; la primera es impulsada por los bins de desplazamiento al rojo intermedio y sobrevive a la inclusión de supernovas, mientras que la segunda es impulsada por la falta de datos de bajo desplazamiento al rojo. Por consiguiente, el artículo hace un llamado para que los futuros análisis de DESI adopten un binning tomográfico más fino del Bright Galaxy Survey (BGS) para acceder a desplazamientos al rojo medios más bajos (acercándose a $z_{eff} \sim 0.18$), para así probar si la inferencia de $q_0$ vuelve hacia la expectativa de aceleración de $\Lambda$CDM cuando se restaura la palanca de bajo desplazamiento al rojo.