Reconstruction of the neutrino mass as a function of redshift

被引：27

作者：

Lorenz, Christiane S. ^{[1
]}

Funcke, Lena ^{[2
]}

Loffler, Matthias ^{[3
]}

Calabrese, Erminia ^{[4
]}

机构：

[1] Swiss Fed Inst Technol, Inst Particle Phys & Astrophys, Wolfgang Pauli Str 27, CH-8093 Zurich, Switzerland

[2] Perimeter Inst Theoret Phys, 31 Caroline St North, Waterloo, ON N2L 2Y5, Canada

[3] Swiss Fed Inst Technol, Dept Math, Setninar Stat, Raemistr 101, CH-8092 Zurich, Switzerland

[4] Cardiff Univ, Sch Phys & Astron, Cardiff CF24 3AA, Wales

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2021年 / 104卷 / 12期

基金：

欧洲研究理事会;

关键词：

BARYON ACOUSTIC-OSCILLATIONS; EQUATION-OF-STATE; POWER-SPECTRUM; COSMOLOGY; SIMULATIONS; GALAXIES; SAMPLE; SKY; CDM; I;

D O I：

10.1103/PhysRevD.104.123518

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We reconstruct the neutrino mass as a function of redshift, z, from current cosmological data using both standard binned priors and linear spline priors with variable knots. Using cosmic microwave background temperature, polarization and lensing data, in combination with distance measurements from baryonic acoustic oscillations and supernovae, we find that the neutrino mass is consistent with Sigma m(v)(z) = const. We obtain a larger bound on the neutrino mass at low redshifts coinciding with the onset of dark energy domination, Sigma m(v)(z = 0) < 1.46 eV (95% CL). This result can be explained either by the well-known degeneracy between Sigma m(v) and Omega(A) at low redshifts, or by models in which neutrino masses are generated very late in the Universe. We finally convert our results into cosmological limits for models with nonrelativistic neutrino decay and find Sigma m(v) < 0.21 eV (95% CL), which would be out of reach for the KATRIN experiment.

引用

页数：18

共 183 条

[1] Neutrino physics from the cosmic microwave background and large scale structure [J].

Abazajian, K. N. ;

Arnold, K. ;

Austermann, J. ;

Benson, B. A. ;

Bischoff, C. ;

Bock, J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Calabrese, E. ;

Carlstrom, J. E. ;

Carvalho, C. S. ;

Chang, C. L. ;

Chiang, H. C. ;

Church, S. ;

Cooray, A. ;

'Crawford, T. M. ;

Dawson, K. S. ;

Das, S. ;

Devlin, M. J. ;

Dobbs, M. ;

Dodelson, S. ;

Dore, O. ;

Dunkley, J. ;

Errard, J. ;

Fraisse, A. ;

Gallicchio, J. ;

Halverson, N. W. ;

Hanany, S. ;

Hildebrandt, S. R. ;

Hincks, A. ;

Hlozek, R. ;

Holder, G. ;

Holzapfel, W. L. ;

Honscheid, K. ;

Hu, W. ;

Hubmayr, J. ;

Irwin, K. ;

Jones, W. C. ;

Kamionkowski, M. ;

Keating, B. ;

Keisler, R. ;

Knox, L. ;

Komatsu, E. ;

Kovac, J. ;

Kuo, C. -L. ;

Lawrence, C. ;

Lee, A. T. ;

Leitch, E. ;

Linder, E. ;

Lubin, P. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 63 :66-80

[2] Relativistic N-body simulations with massive neutrinos [J].

Adamek, Julian ;

Durrer, Ruth ;

Kunz, Martin .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, (11)

[3] Planck 2015 results XIII. Cosmological parameters [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Bartolo, N. ;

Battaner, E. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chary, R. -R. ;

Chiang, H. C. ;

Chluba, J. ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

Davis, R. J. ;

de Bernardis, P. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594

[4] Instability of dark energy with mass-varying neutrinos [J].

Afshordi, N ;

Zaldarriaga, M ;

Kohri, K .

PHYSICAL REVIEW D, 2005, 72 (06)

[5] Planck 2018 results: V. CMB power spectra and likelihoods [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Casaponsa, B. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Rosa, A. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641

[6] Planck 2018 results: VIII. Gravitational lensing [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. ;

Finelli, F. ;

Forastieri, F. ;

Frailis, M. ;

Fraisse, A. A. ;

Franceschi, E. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641 (641)

[7] Analysis methods for the first KATRIN neutrino-mass measurement [J].

Aker, M. ;

Altenmueller, K. ;

Beglarian, A. ;

Behrens, J. ;

Berlev, A. ;

Besserer, U. ;

Bieringer, B. ;

Blaum, K. ;

Block, F. ;

Bornschein, B. ;

Bornschein, L. ;

Boettcher, M. ;

Brunst, T. ;

Caldwell, T. S. ;

La Cascio, L. ;

Chilingaryan, S. ;

Choi, W. ;

Barrero, D. Diaz ;

Debowski, K. ;

Deffert, M. ;

Descher, M. ;

Doe, P. J. ;

Dragoun, O. ;

Drexlin, G. ;

Dyba, S. ;

Edzards, F. ;

Eitel, K. ;

Ellinger, E. ;

Engel, R. ;

Enomoto, S. ;

Fedkevych, M. ;

Felden, A. ;

Formaggio, J. A. ;

Fraenkle, F. M. ;

Franklin, G. B. ;

Friedel, F. ;

Fulst, A. ;

Gauda, K. ;

Gil, W. ;

Glueck, F. ;

Groessle, R. ;

Gumbsheimer, R. ;

Hoehn, T. ;

Hannen, V ;

Haussmann, N. ;

Helbing, K. ;

Hickford, S. ;

Hiller, R. ;

Hillesheimer, D. ;

Hinz, D. .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (01)

[8]

Aker M., ARXIV210508533

[9] Completed SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Cosmological implications from two decades of spectroscopic surveys at the Apache Point Observatory [J].

Alam, Shadab ;

Aubert, Marie ;

Avila, Santiago ;

Balland, Christophe ;

Bautista, Julian E. ;

Bershady, Matthew A. ;

Bizyaev, Dmitry ;

Blanton, Michael R. ;

Bolton, Adam S. ;

Bovy, Jo ;

Brinkmann, Jonathan ;

Brownstein, Joel R. ;

Burtin, Etienne ;

Chabanier, Solene ;

Chapman, Michael J. ;

Choi, Peter Doohyun ;

Chuang, Chia-Hsun ;

Comparat, Johan ;

Cousinou, Marie-Claude ;

Cuceu, Andrei ;

Dawson, Kyle S. ;

de la Torre, Sylvain ;

de Mattia, Arnaud ;

Agathe, Victoria de Sainte ;

des Bourboux, Helion du Mas ;

Escoffier, Stephanie ;

Etourneau, Thomas ;

Farr, James ;

Font-Ribera, Andreu ;

Frinchaboy, Peter M. ;

Fromenteau, Sebastien ;

Gil-Marin, Hector ;

Le Goff, Jean-Marc ;

Gonzalez-Morales, Alma X. ;

Gonzalez-Perez, Violeta ;

Grabowski, Kathleen ;

Guy, Julien ;

Hawken, Adam J. ;

Hou, Jiamin ;

Kong, Hui ;

Parker, James, III ;

Klaene, Mark ;

Kneib, Jean-Paul ;

Lin, Sicheng ;

Long, Daniel ;

Lyke, Brad W. ;

de la Macorra, Axel ;

Martini, Paul ;

Masters, Karen ;

Mohammad, Faizan G. .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 103 (08)

[10] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample [J].

Alam, Shadab ;

Ata, Metin ;

Bailey, Stephen ;

Beutler, Florian ;

Bizyaev, Dmitry ;

Blazek, Jonathan A. ;

Bolton, Adam S. ;

Brownstein, Joel R. ;

Burden, Angela ;

Chuang, Chia-Hsun ;

Comparat, Johan ;

Cuesta, Antonio J. ;

Dawson, Kyle S. ;

Eisenstein, Daniel J. ;

Escoffier, Stephanie ;

Gil-Marin, Hector ;

Grieb, Jan Niklas ;

Hand, Nick ;

Ho, Shirley ;

Kinemuchi, Karen ;

Kirkby, David ;

Kitaura, Francisco ;

Malanushenko, Elena ;

Malanushenko, Viktor ;

Maraston, Claudia ;

McBride, Cameron K. ;

Nichol, Robert C. ;

Olmstead, Matthew D. ;

Oravetz, Daniel ;

Padmanabhan, Nikhil ;

Palanque-Delabrouille, Nathalie ;

Pan, Kaike ;

Pellejero-Ibanez, Marcos ;

Percival, Will J. ;

Petitjean, Patrick ;

Prada, Francisco ;

Price-Whelan, Adrian M. ;

Reid, Beth A. ;

Rodriguez-Torres, Sergio A. ;

Roe, Natalie A. ;

Ross, Ashley J. ;

Ross, Nicholas P. ;

Rossi, Graziano ;

Alberto Rubino-Martin, Jose ;

Saito, Shun ;

Salazar-Albornoz, Salvador ;

Samushia, Lado ;

Sanchez, Ariel G. ;

Satpathy, Siddharth ;

Schlegel, David J. .

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2017, 470 (03) :2617-2652

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Bischoff, C. ;

Bock, J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Calabrese, E. ;

Carlstrom, J. E. ;

Carvalho, C. S. ;

Chang, C. L. ;

Chiang, H. C. ;

Church, S. ;

Cooray, A. ;

'Crawford, T. M. ;

Dawson, K. S. ;

Das, S. ;

Devlin, M. J. ;

Dobbs, M. ;

Dodelson, S. ;

Dore, O. ;

Dunkley, J. ;

Errard, J. ;

Fraisse, A. ;

Gallicchio, J. ;

Halverson, N. W. ;

Hanany, S. ;

Hildebrandt, S. R. ;

Hincks, A. ;

Hlozek, R. ;

Holder, G. ;

Holzapfel, W. L. ;

Honscheid, K. ;

Hu, W. ;

Hubmayr, J. ;

Irwin, K. ;

Jones, W. C. ;

Kamionkowski, M. ;

Keating, B. ;

Keisler, R. ;

Knox, L. ;

Komatsu, E. ;

Kovac, J. ;

Kuo, C. -L. ;

Lawrence, C. ;

Lee, A. T. ;

Leitch, E. ;

Linder, E. ;

Lubin, P. .

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Battaner, E. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

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Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

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Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

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Coulais, A. ;

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Davies, R. D. ;

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Afshordi, N ;

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[5] Planck 2018 results: V. CMB power spectra and likelihoods [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

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Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

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Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Casaponsa, B. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Rosa, A. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

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Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

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[6] Planck 2018 results: VIII. Gravitational lensing [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. ;

Finelli, F. ;

Forastieri, F. ;

Frailis, M. ;

Fraisse, A. A. ;

Franceschi, E. .

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[7] Analysis methods for the first KATRIN neutrino-mass measurement [J].

Aker, M. ;

Altenmueller, K. ;

Beglarian, A. ;

Behrens, J. ;

Berlev, A. ;

Besserer, U. ;

Bieringer, B. ;

Blaum, K. ;

Block, F. ;

Bornschein, B. ;

Bornschein, L. ;

Boettcher, M. ;

Brunst, T. ;

Caldwell, T. S. ;

La Cascio, L. ;

Chilingaryan, S. ;

Choi, W. ;

Barrero, D. Diaz ;

Debowski, K. ;

Deffert, M. ;

Descher, M. ;

Doe, P. J. ;

Dragoun, O. ;

Drexlin, G. ;

Dyba, S. ;

Edzards, F. ;

Eitel, K. ;

Ellinger, E. ;

Engel, R. ;

Enomoto, S. ;

Fedkevych, M. ;

Felden, A. ;

Formaggio, J. A. ;

Fraenkle, F. M. ;

Franklin, G. B. ;

Friedel, F. ;

Fulst, A. ;

Gauda, K. ;

Gil, W. ;

Glueck, F. ;

Groessle, R. ;

Gumbsheimer, R. ;

Hoehn, T. ;

Hannen, V ;

Haussmann, N. ;

Helbing, K. ;

Hickford, S. ;

Hiller, R. ;

Hillesheimer, D. ;

Hinz, D. .

PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (01)

[8]

Aker M., ARXIV210508533

[9] Completed SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Cosmological implications from two decades of spectroscopic surveys at the Apache Point Observatory [J].

Alam, Shadab ;

Aubert, Marie ;

Avila, Santiago ;

Balland, Christophe ;

Bautista, Julian E. ;

Bershady, Matthew A. ;

Bizyaev, Dmitry ;

Blanton, Michael R. ;

Bolton, Adam S. ;

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Chuang, Chia-Hsun ;

Comparat, Johan ;

Cousinou, Marie-Claude ;

Cuceu, Andrei ;

Dawson, Kyle S. ;

de la Torre, Sylvain ;

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des Bourboux, Helion du Mas ;

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Lyke, Brad W. ;

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Martini, Paul ;

Masters, Karen ;

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[10] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample [J].

Alam, Shadab ;

Ata, Metin ;

Bailey, Stephen ;

Beutler, Florian ;

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