繰り返し検定に耐える統計手法で再分析、DESIの暗黒エネルギー信号は脆弱

暗黒エネルギーが時間とともに変化するというこれまでで最も強い手がかりは、銀河データの一つの切片に支えられている可能性がある。リリースのたびに再検定される調査のために設計された統計手法を軸にした再分析によれば、そうなる。

暗黒エネルギー分光探査装置(DESI)はバリオン音響振動の測定結果の第2弾を公開した。このデータと超新星、宇宙マイクロ波背景放射の結果を組み合わせると、暗黒エネルギーの状態方程式の時間変化が、どの超新星カタログを含めるかに応じておよそ3〜4シグマの有意性で示唆された。この結果を額面通り受け取れば、暗黒エネルギーが宇宙定数ではないことを示す初めての統計的に有意な証拠となる。

新たな分析は、スタンフォード大学とTwo Sigma InvestmentsのJinyoung Kim氏、オスロ大学のDavid F. Mota氏、オスロ大学とケース・ウェスタン・リザーブ大学のAndrius Tamosiunas氏によるもので、同じDR1からDR2へのBAO系列にeプロセスを適用した。eプロセスは尤度比に基づく証拠の尺度で、その妥当性は問題が何度再検討されても左右されない。e値は帰無仮説の下での期待値が最大でも1になるため、観測値が大きいことは帰無仮説に反する証拠となる。値が選択した誤検出率で1を割った値に達したときに棄却すれば、その誤検出率は上限を保たれる。DESIの各リリースは、暗黒エネルギーが宇宙定数と整合するかどうかの新たな検定をもたらす。ところが標準的なウィルクスに基づくシグマ値は、検定が一度だけ実施されたかのように解釈される。同じ検定をDR1、DR2、DR3以降で繰り返すと、ゆらぎが有意に見える可能性が膨らむ。eプロセスは検定を続けても誤検出確率を制御し、リリース数による試行回数因子のペナルティはない。著者らはこれを、宇宙論的データセットへの任意時点で有効な逐次推論の初適用だと説明している。

DR2データが好む方向の近くに集中した、事前に指定された対立仮説の下では、累積証拠はDR2で33.97に達し、例示的な5%誤検出率に対応する閾値20を超える。しかし証拠は調査全体に広がってはいない。一つ抜き(leave-one-out)分解では、証拠の大部分である78.6%が、実効赤方偏移0.706の単一の赤方偏移ビンLRG2に集中している。そのビンを除くと、累積e値は0.49にまで崩れ、宇宙定数をやや支持する。7つのDESIビンのいずれかが超過を生み出した可能性を認めても、信号はルック・エルスウェア補正を乗り越えられない。ビンごとの積は4.46、算術平均は1.52で、いずれも閾値を大きく下回る。

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判定はまた、検定が何を検出するよう設計されたかにも依存する。データの好む領域の近くに置かれた狭い事前分布は宇宙定数を棄却するが、広い事前分布は棄却しない。物理的に動機づけられた融解型クインテッセンスの対立仮説は、どのような不可知論的な選択よりも強く棄却し、累積値は1,100近くに達する一方、凍結型クインテッセンスのモデルは閾値を下回る。圧縮されたプランク宇宙マイクロ波背景放射の尤度をBAOデータに加えると、既定のe値は閾値を下回る2.19に落ちる。

著者らは、この集中は滑らかに変化する状態方程式とは整合させにくいと主張する。真に滑らかな信号のシミュレーションでは、LRG2単独が観測された証拠の割合を担うのは実現値のわずか3.2%であり、著者らはこのパターンは外れ値またはビン固有の系統誤差と整合的だと述べている。ただし彼らのブートストラップは公表されたガウス型共分散のみをモデル化しており、そのような系統誤差を直接排除することはできない。

この結果にはいくつかの注意点が付随する。背景宇宙論はプランク2018の値に固定されており、主要なe値は自己無撞着なプランクのカラム間で2桁変動し、あるカラムは棄却閾値を下回る。すべての数値は、暗黒エネルギーの状態方程式のChevallier-Polarski-Linderパラメトリゼーションを条件としており、著者らはこれを、依然として未実施のままの最も直接的な頑健性(ロバスト性)テストだと指摘している。著者らはまた、DESI、ユークリッド、ローマン、LSSTの今後のリリースでは、従来のシグマ有意性に加えて、検定仕様を明記した任意時点で有効なeプロセス値を報告することを推奨している。

問題を決着させ得るのは何か。シミュレーションは、LRG2の誤差を半分にすれば、暗黒エネルギーが実際に進化している場合にはe値は閾値を大きく超え、宇宙定数が正しい場合にはゼロ近くに留まることを示している。したがって決定的な第3弾のDESIリリースには、新しい高赤方偏移ビンのみならず、調査がすでに保有するビン、とりわけLRG2のより精密な測定が必要となる。そのビンが新しい物理を反映しているのか局所的な系統誤差を反映しているのかは、追加データによってのみ決着する、と著者らは記している。

雅子 訳

Sources

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