为反复检验而设计的统计检验发现,DESI暗能量信号并不稳固

根据一项围绕专为逐次发布、反复检验的巡天数据而设计的统计方法开展的重分析,迄今关于暗能量随时间变化的最强线索,可能仅依赖星系数据中的单个切片。

暗能量光谱仪(DESI)发布了第二批重子声学振荡测量数据,将这些数据与超新星及宇宙微波背景的观测结果相结合,指向随时间变化的暗能量状态方程,声称的显著性约为3到4个sigma,具体取决于纳入哪一份超新星星表。若按表面价值理解,这将是暗能量并非宇宙学常数的首个具有统计显著性的证据。

这项新分析由斯坦福大学和Two Sigma Investments的Jinyoung Kim、奥斯陆大学的David F. Mota,以及就职于奥斯陆和凯斯西储大学的Andrius Tamosiunas完成,他们将e过程应用于从DR1到DR2的同一段BAO数据序列。e过程是一种基于似然比的证据度量,其有效性不取决于问题被重新检验多少次。在原假设下,e值的期望至多为1,因此观测到较大的e值即构成反对原假设的证据;当e值达到1除以所选误报率时予以拒绝,即可将误报率控制在限定范围内。DESI每次发布数据,都会引发对暗能量是否与宇宙学常数一致的重新检验,而基于Wilks定理的标准sigma值被当作检验只执行过一次来解释。在DR1、DR2、DR3及后续发布上重复同一检验,会增大波动看似显著的机会。e过程在持续检验的情况下控制误报概率,且不会因发布次数而承担试验次数因子惩罚。作者称这是随时有效序贯推断首次应用于宇宙学数据集。

在预先设定、集中于DR2数据所偏好方向的备择假设下,累计证据在DR2处达到33.97,越过20这一阈值,该阈值对应示意性的5%误报率。但证据并未铺展于整个巡天数据。逐一剔除分解显示,其中78.6%的证据集中于单个红移区间LRG2,其有效红移为0.706。移除该区间后,累计e值跌至0.49,略偏向宇宙学常数。若允许DESI七个区间中任何一个产生这一超出量,信号便无法通过旁窥修正(look-elsewhere correction):各区间乘积为4.46,算术平均值为1.52,均远低于阈值。

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结论还取决于该检验被设计用于探测什么。置于数据偏好区域附近的窄先验拒绝宇宙学常数,而宽先验则不会。具有物理动机的解冻型精质(thawing quintessence)备择假设比任何不做预设的选择都更强地拒绝宇宙学常数,其累计值接近1,100;冻结型精质(freezing quintessence)模型则低于阈值。在BAO数据中加入压缩版普朗克宇宙微波背景似然,默认e值降至2.19,低于阈值。

作者认为,这种集中现象难以与平滑演化的状态方程相容。在对真正平滑信号的模拟中,只有3.2%的实现里LRG2单独就承载了所观测到的证据份额;作者表示,这一模式与异常值或特定区间的系统效应相符,不过他们的自举方法仅对已公布的高斯协方差建模,无法直接排除此类系统效应。

若干保留意见限定了这一结果。背景宇宙学固定为普朗克2018年的数值,而在彼此自洽的各普朗克列之间,头条e值变动达两个数量级,其中一列低于拒绝阈值。所有数值都以Chevallier-Polarski-Linder参数化下的暗能量状态方程为条件,作者指出,这仍是悬而未决的最直接稳健性检验。作者还建议,DESI、Euclid、Roman和LSST未来的数据发布在报告常规sigma显著性的同时,也应报告随时有效的e过程值,并注明其检验设定。

什么能了结这一问题:模拟表明,若暗能量确实在演化,将LRG2的误差减半会使e值大幅越过阈值;若宇宙学常数为真,e值则将停留在接近零的水平。因此,决定性的第三次DESI数据发布需要更精确地测量巡天已有的区间,尤其是LRG2,而非仅仅新增高红移区间。作者写道,该区间究竟反映新物理还是局部系统效应,唯有更多数据才能给出答案。

婷 翻译

Sources

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