El resultado cosmológico de SPT-3G usando el mapa EE de polarización del CMB

El Telescopio del Polo Sur (SPT) observa el fondo cósmico de microondas (CMB) y su polarización a tres frecuencias (95, 150 y 220 GHz) en el 3.6 % del cielo (1500 grados cuadrados). En sus dos primeros inviernos australes, 2019 y 2020, SPT-3G ha logrado observar los picos acústicos desde el tercero al décimo en el espectro EE para los modos E en la polarización del CMB, logrando el espectro más preciso para multimodos ℓ > 2000. Se ha usado un nuevo algoritmo bayesiano de deslensado, llamado MUSE (Marginal Unbiased Score Expansion), que estima el potencial de lensado gravitacional ϕ debido a la distribución de materia a gran escala. Se publica en arXiv su ajuste de los parámetros del modelo cosmológico ΛCDM, que permite estimar la constante de Hubble como H₀ = 66.81 ± 0.81 km/s/Mpc, valor a 5.4 sigmas del valor astrofísico de SH0ES; en este resultado ha sido clave el deslensado del mapa de modos E.

Esta figura muestra el mapa deslensado para los modos E obtenido mediante MUSE a partir del CMB a 95+150+220 GHz (en la escala de esta figura el mapa lensado para modos E es idéntico al deslensado). También se muestra el mapa lensado para los modos B (que no son modos B cosmológicos, sino resultado del lensado de los modos E); en el análisis de este artículo se asume que los modos B deslensados son cero (por ser inobservables). El algoritmo MUSE ha sido usado por primera vez con datos reales, logrando un mapa del potencial de la lente con menor ruido que el obtenido con otros algoritmos que ya se habían usado para los datos de la Colaboración Planck y de SPTpol. El nuevo artículo es F. Ge, M. Millea, …, J. A. Zebrowski, «Cosmology From CMB Lensing and Delensed EE Power Spectra Using 2019-2020 SPT-3G Polarization Data,» arXiv:2411.06000 [astro-ph.CO] (08 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.06000.

El resultado más relevante de SPT-3G es el mapa de lensado ϕϕ obtenido con MUSE, el más preciso hasta ahora para ℓ > 350. A partir de este mapa se puede estimar la densidad de materia Ω_mh², reduciendo la incertidumbre de forma significativa (por ejemplo, al combinar SPTϕϕ con WMAP se reduce en un factor 3, desde 0.0045 hasta 0.0014). Lo más relevante es que los parámetros comológicos estimados con SPT y con la combinación de SPT con ACT, WMAP o Planck está en buen acuerdo con el modelo cosmológico Λ⁢CDM a menos de 1 sigma (a unas 0.8 sigmas).

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-SPT-3G The South Pole Telescope (SPT) is a 10-metre (390 in) diameter telescope located at the Amundsen–Scott South Pole Station, Antarctica.

La constante de Hubble se estima usando SPT como H₀ = 66.81 ± 0.81 km/s/Mpc, en buen acuerdo con el resultado de Planck y a unas 5.4 sigmas del resultado de SH0ES. La combinación Planck + ACT + SPT alcanza H₀ = 67.33 ± 0.37 ⁢km/s/Mpc, a unas 6.2 sigmas de SH0ES, mientras que WMAP + ACT + SPT estima H₀ = 67.18 ± 0.45 km/s/Mpc.

Para la densidad de masa Ω_m había una tensión con los resultados de DESI BAO DR1 y DES-Y5 BAO de unas 2.5 sigmas (los resultados de DESI BAO DR2 han reducido esta tensión). El resultado de SPT es Ω_m = 0.327 ± 0.011 está en buen acuerdo con el de Planck, lo que permite una combinación Planck + ACT + SPT que ofrece Ω_m = 0.3147 ± 0.0058. Para el parámetro de amplitud asociado a la formación de grandes estructuras, S₈ = σ₈ (Ω_m/0.3)^1/2, también había una tensión con los datos de KiDS-1000 y DES Y3 (la tensión ha desaparecido al usar ). El resultado de SPT es S₈ = 0.850 ± 0.017, en buen acuerdo con Planck, lo que permite la combinación Planck + ACT + SPT de S₈ = 0.8380 ± 0.0084 (KiDS-Legacy obtuvo S₈ = 0.802 ± 0.022, a solo 1.5 sigmas).

El amplitud del crecimiento no lineal de las grandes estructuras, A_mod, se determina a partir de la separación del espectro de lensado en una parte lineal y otra no lineal, C_L^ϕ⁢ϕ = C_L,lin^ϕ⁢ϕ + A_mod ⁢(C_L,nolin^ϕ⁢ϕ − C_L,lin^ϕ⁢ϕ); el artículo de SPT denomina a este parámetro A_mod^CMB. La combinación de Planck + SPT ofrece un valor A_mod^CMB ⁢> 0, a más de 3 sigmas (la primera vez que se logra). El valor estándar de A_mod^CMB ⁢= 1, siendo la mejor estimación actual la combinada de Planck (TT+EE) + Planckϕϕ + ACTϕϕ + SPTϕϕ igual A_mod^CMB ⁢= 1.60 ± 0.39. Este valor se debe comparar con estimado (por otro método) usando DES-Y3 y KiDs de A_mod = 0.820 ± 0.042, que está a 2 sigmas de diferencia.

Otro parámetro cosmológico de interés es la estimación de la suma de las masas de los neutrinos. Usando el modelo Λ⁢CDM, bajo la hipótesis de que el neutrino más ligero tiene masa cero, de que jerarquía de masas es la normal y los resultados para la oscilación de neutrinos atmosféricos, se puede estimar Σ ⁢m_ν = 0.058 eV/c² (para la jerarquía de masas invertida resulta Σ ⁢m_ν = 0.098 eV/c²). Usando los resultados de SPT se puede estimar Σ ⁢m_ν que es inferior a dicho valor (0.058 eV/c²). La combinación de Planck + SPT + ACT, resulta en un valor Σ ⁢m_ν < 0.200 eV/c², al 95 % C.L., valor que se reduce al combinarlo con BAO resultando Σ ⁢m_ν = 0.075 eV/c², que implica la jerarquía de masas normal (descarta la invertida).

Para el parámetro de lensado A_L, también llamado A_2pt, para el que el modelo Λ⁢CDM apunta a A_2pt = 1. Se ha observado una tensión, A_L > 1, en los datos Planck PR4 con A_L = 1.095 ± 0.056. En el nuevo artículo se estima con la combinación Planck (TT+EE) + Planckϕϕ + ACTϕϕ + SPTϕϕ un valor de A_L = 1.083 ± 0.032, un valor A_L > 1 a 2.6 sigmas, y además se excluye A_L < 1 a 2.7 sigmas. En apariencia hay un exceso de lensado respecto a la predicción del modelo Λ⁢CDM.

El artículo de SPT también ha estudiado modelos alternativos al Λ⁢CDM, como ω₀⁢CDM y ω₀⁢ω_a⁢CDM, entre otros. En todos los casos, los valores estimados están a menos de 2 sigmas de los valores del Λ⁢CDM. Este modelo sale reforzado, de nuevo, de un análisis del fondo cósmico de microondas.

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