Dissecting the CMB angular power spectra

Abstract

ABSTRACT: The aim of this project is to perform an extra parametrization of the standard cosmological model, ACDM, to weight the different physical processes that define the pattern of the Cosmic Microwave Background, CMB, angular power spectra. We define six different phenomenological amplitudes to account for the Sachs-Wolfe, early and late Integrated Sachs-Wolfe, polarization, Doppler and lensing effects. To this end, we have modified CLASS Boltzmann code and adapted the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) sampler from Cobaya to introduce these new parameters. Simulations of the CMB angular power spectra obtained by Planck mission were used to test the capability of this experiment to constrain different combinations of cosmological and phenomenological amplitudes. Deviations of the mean values of the phenomenological amplitudes from the ACDM model predictions would imply inconsistencies in the cosmological standard model and would be helpful to resolve the existing cosmological tensions. The results presented in this work show Planck experiment might be able to constrain ACDM plus one physical contribution, except the late Integrated Sachs-Wolfe effect. However, all the cosmological and phenomenological parameters cannot be constrained simultaneously due to a existing degeneracy between the scalar amplitude, As, and the phenomenological amplitudes. Other combinations have been studied throughout this work and in all the simulations performed the joint use of CMB temperature and polarization data has proven to be beneficial in constraining the phenomenological amplitudes.

RESUMEN: El objetivo de este proyecto es realizar una parametrización adicional del modelo cosmológico estándar, ACDM, para pesar los distintos procesos físicos que determinan la forma de los espectros angulares de potencia del Fondo Cósmico de Microondas, FCM. Hemos definido seis amplitudes fenomenológicas distintas para considerar el efecto Sachs-Wolfe, los efectos integrados Sachs-Wolfe temprano y tardío, el efecto de polarización, el efecto Doppler y el efecto de lensado. Para este fin, hemos modificado el código Boltzmann CLASS y adaptado el muestreador Markov Chain Monte Carlo (MCMC) de Cobaya para introducir estos nuevos parámetros. Simulaciones de los espectros angulares del FCM obtenidos por la misión de Planck fueron usados para comprobar la capacidad de este experimento para constreñir distintas combinaciones de parámetros cosmológicos y fenomenológicos. Desviaciones de los valores medios de las amplitudes fenomenológicas respecto a las predicciones realizadas por el modelo ACDM implicarían inconsistencias en el modelo estándar cosmológico y serían de ayuda para resolver las distintas tensiones cosmológicas existentes. Los resultados presentados en este trabajo muestran que la misión Planck sería capaz de constreñir los parámetros del modelo ACDM y una amplitud fenomenológica adicional, a excepción del efecto integrado Sachs-Wolfe tardío. Sin embargo, todos los parámetros cosmológicos y fenomenológicos no pueden ser constreñidos simultáneamente debido a la degeneración existente entre la amplitud escalar, As, y los parámetros fenomenológicos. Otras combinaciones han sido estudiadas en este trabajo y, en todas las ejecuciones del muestreador MCMC, el uso conjunto de datos de temperatura y polarización del FCM ha probado ser beneficioso en la constricción de los parámetros fenomenológicos.