- Open Access
Constraints on the normal branch of DGP gravity from SPT galaxy clusters with DES and HST weak-lensing mass calibration and from PR4 CMB anisotropies
Phys. Rev. D 113, 123508 – Published 4 June, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/t189-srtj
Abstract
We present constraints on the normal branch of the Dvali-Gabadadze-Porrati (nDGP) braneworld gravity model from the abundance of massive galaxy clusters. On scales below the nDGP crossover scale , the nDGP model features an effective gravitylike fifth force that alters the growth of structure, leading to an enhancement of the halo mass function (HMF) on cluster scales. The enhanced cluster abundance allows for constraints on the nDGP model using cluster samples. We employ the South Pole Telescope (SPT) cluster sample, selected through the thermal Sunyaev-Zel’dovich effect with the SPT and with mass calibration using weak-lensing data from the Dark Energy Survey (DES) and the Hubble Space Telescope (HST). The cluster sample contains 1,005 clusters with redshifts , which are confirmed with the multicomponent matched filter algorithm using optical and near-infrared data. Weak-lensing data from DES and HST enable a robust mass measurement of the cluster sample. We use DES Year 3 data for 688 clusters with redshifts , and HST data for 39 clusters with redshifts . We account for the enhancement in the HMF through a semi-analytic correction factor to the standard cosmology HMF derived from the spherical collapse model in the nDGP model. We then further calibrate this model using -body simulations. In addition, for the first time, we analyze the primary CMB temperature and polarization anisotropy measurements from Planck PR4 within the nDGP model. We obtain a competitive constraint from the joint analysis of the SPT cluster abundance with the Planck PR4 data, and report an upper bound of at 95% when assuming a cosmology with massive neutrinos.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (98)
- S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R. A. Knop, P. Nugent, P. G. Castro, S. Deustua, S. Fabbro, A. Goobar, D. E. Groom et al., Astrophys. J. 517, 565 (1999).
- A. G. Riess, A. V. Filippenko, P. Challis, A. Clocchiatti, A. Diercks, P. M. Garnavich, R. L. Gilliland, C. J. Hogan, S. Jha, R. P. Kirshner et al., Astron. J. 116, 1009 (1998).
- A. Joyce, L. Lombriser, and F. Schmidt, Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 66, 95 (2016).
- K. Koyama, Int. J. Mod. Phys. D 27, 1848001 (2018).
- T. Baker, A. Barreira, H. Desmond, P. Ferreira, B. Jain, K. Koyama, B. Li, L. Lombriser, A. Nicola, J. Sakstein et al., Rev. Mod. Phys. 93, 015003 (2021).
- G. Dvali, G. Gabadadze, and M. Porrati, Phys. Lett. B 485, 208 (2000).
- A. I. Vainshtein, Phys. Lett. 39B, 393 (1972).
- F. Schmidt, Phys. Rev. D 80, 123003 (2009).
- L. Wang and P. J. Steinhardt, Astrophys. J. 508, 483 (1998).
- Z. Haiman, J. J. Mohr, and G. P. Holder, Astrophys. J. 553, 545 (2001).
- A. Vikhlinin, A. V. Kravtsov, R. A. Burenin, H. Ebeling, W. R. Forman, A. Hornstrup, C. Jones, S. S. Murray, D. Nagai, H. Quintana et al., Astrophys. J. 692, 1060 (2009).
- B. A. Benson, T. de Haan, J. P. Dudley, C. L. Reichardt, K. A. Aird, K. Andersson, R. Armstrong, M. L. N. Ashby, M. Bautz, M. Bayliss et al., Astrophys. J. 763, 147 (2013).
- S. Bocquet, A. Saro, J. J. Mohr, K. A. Aird, M. L. N. Ashby, M. Bautz, M. Bayliss, G. Bazin, B. A. Benson, L. E. Bleem et al., Astrophys. J. 799, 214 (2015).
- T. de Haan, B. A. Benson, L. E. Bleem, S. W. Allen, D. E. Applegate, M. L. N. Ashby, M. Bautz, M. Bayliss, S. Bocquet, M. Brodwin et al., Astrophys. J. 832, 95 (2016).
- S. Bocquet, J. P. Dietrich, T. Schrabback, L. E. Bleem, M. Klein, S. W. Allen, D. E. Applegate, M. L. N. Ashby, M. Bautz, M. Bayliss et al., Astrophys. J. 878, 55 (2019).
- T. M. C. Abbott, M. Aguena, A. Alarcon, S. Allam, S. Allen, J. Annis, S. Avila, D. Bacon, K. Bechtol, A. Bermeo et al., Phys. Rev. D 102, 023509 (2020).
- I. N. Chiu, M. Klein, J. Mohr, and S. Bocquet, Mon. Not. R. Astron. Soc. 522, 1601 (2023).
- S. Bocquet, S. Grandis, L. E. Bleem, M. Klein, J. J. Mohr, T. Schrabback, T. M. C. Abbott, P. A. R. Ade, M. Aguena, A. Alarcon et al., Phys. Rev. D 110, 083510 (2024).
- V. Ghirardini, E. Bulbul, E. Artis, N. Clerc, C. Garrel, S. Grandis, M. Kluge, A. Liu, Y. E. Bahar, F. Balzer et al., Astron. Astrophys. 689, A298 (2024).
- F. Schmidt, A. Vikhlinin, and W. Hu, Phys. Rev. D 80, 083505 (2009).
- L. Lombriser, A. Slosar, U. Seljak, and W. Hu, Phys. Rev. D 85, 124038 (2012).
- M. Cataneo, D. Rapetti, F. Schmidt, A. B. Mantz, S. W. Allen, D. E. Applegate, P. L. Kelly, A. von der Linden, and R. G. Morris, Phys. Rev. D 92, 044009 (2015).
- S. Peirone, M. Raveri, M. Viel, S. Borgani, and S. Ansoldi, Phys. Rev. D 95, 023521 (2017).
- S. Hagstotz, M. Costanzi, M. Baldi, and J. Weller, Mon. Not. R. Astron. Soc. 486, 3927 (2019).
- E. Artis, V. Ghirardini, E. Bulbul, S. Grandis, C. Garrel, N. Clerc, R. Seppi, J. Comparat, M. Cataneo, Y. E. Bahar et al., Astron. Astrophys. 691, A301 (2024).
- S. M. L. Vogt, S. Bocquet, C. T. Davies, J. J. Mohr, and F. Schmidt, Phys. Rev. D 109, 123503 (2024).
- A. Mazoun, S. Bocquet, J. J. Mohr, M. Garny, H. Rubira, M. Klein, L. E. Bleem, S. Grandis, T. Schrabback, M. Aguena et al., Phys. Rev. D 111, 083543 (2025).
- S. Zelmer, E. Artis, E. Bulbul, S. Grandis, V. Ghirardini, A. von der Linden, Y. E. Bahar, F. Balzer, M. Brüggen, I. Chiu et al., Astron. Astrophys. 704, A346 (2025).
- S. W. Allen, A. E. Evrard, and A. B. Mantz, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 49, 409 (2011).
- G. W. Pratt, M. Arnaud, A. Biviano, D. Eckert, S. Ettori, D. Nagai, N. Okabe, and T. H. Reiprich, Space Sci. Rev. 215, 25 (2019).
- J. E. Carlstrom, P. A. R. Ade, K. A. Aird, B. A. Benson, L. E. Bleem, S. Busetti, C. L. Chang, E. Chauvin, H. M. Cho, T. M. Crawford et al., Publ. Astron. Soc. Pac. 123, 568 (2011).
- R. A. Sunyaev and Y. B. Zeldovich, Comments Astrophys. Space Phys. 4, 173 (1972).
- M. Klein, J. J. Mohr, S. Desai, H. Israel, S. Allam, A. Benoit-Lévy, D. Brooks, E. Buckley-Geer, A. Carnero Rosell, M. Carrasco Kind et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 474, 3324 (2018).
- M. Klein, J. J. Mohr, S. Bocquet, M. Aguena, S. W. Allen, O. Alves, B. Ansarinejad, M. L. N. Ashby, D. Bacon, M. Bayliss et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 531, 3973 (2024).
- L. E. Bleem, M. Klein, T. M. C. Abbot, P. A. R. Ade, M. Aguena, O. Alves, A. J. Anderson, F. Andrade-Oliveira, B. Ansarinejad, M. Archipley et al., Open J. Astrophys. 7, 13 (2024).
- B. Flaugher, H. T. Diehl, K. Honscheid, T. M. C. Abbott, O. Alvarez, R. Angstadt, J. T. Annis, M. Antonik, O. Ballester, L. Beaufore et al., Astron. J. 150, 150 (2015).
- T. Abbott, F. B. Abdalla, J. Aleksić, S. Allam, A. Amara, D. Bacon, E. Balbinot, M. Banerji, K. Bechtol et al. (Dark Energy Survey Collaboration), Mon. Not. R. Astron. Soc. 460, 1270 (2016).
- T. M. C. Abbott et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 239, 18 (2018).
- E. L. Wright, P. R. M. Eisenhardt, A. K. Mainzer, M. E. Ressler, R. M. Cutri, T. Jarrett, J. D. Kirkpatrick, D. Padgett, R. S. McMillan, M. Skrutskie et al., Astron. J. 140, 1868 (2010).
- M. Gatti, G. Giannini, G. M. Bernstein, A. Alarcon, J. Myles, A. Amon, R. Cawthon, M. Troxel, J. DeRose, S. Everett et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 510, 1223 (2022).
- T. Schrabback, D. Applegate, J. P. Dietrich, H. Hoekstra, S. Bocquet, A. H. Gonzalez, A. von der Linden, M. McDonald, C. B. Morrison, S. F. Raihan et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 474, 2635 (2018).
- T. Schrabback, S. Bocquet, M. Sommer, H. Zohren, J. L. van den Busch, B. Hernández-Martín, H. Hoekstra, S. F. Raihan, M. Schirmer, D. Applegate et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 505, 3923 (2021).
- H. Zohren, T. Schrabback, S. Bocquet, M. Sommer, F. Raihan, B. Hernández-Martín, O. Marggraf, B. Ansarinejad, M. B. Bayliss, L. E. Bleem et al., Astron. Astrophys. 668, A18 (2022).
- S. Bocquet, S. Grandis, L. E. Bleem, M. Klein, J. J. Mohr, M. Aguena, A. Alarcon, S. Allam, S. W. Allen, O. Alves et al., Phys. Rev. D 110, 083509 (2024).
- J. Harnois-Déraps, C. Hernandez-Aguayo, C. Cuesta-Lazaro, C. Arnold, B. Li, C. T. Davies, and Y.-C. Cai, Mon. Not. R. Astron. Soc. 525, 6336 (2023).
- C.-Z. Ruan, C. Cuesta-Lazaro, A. Eggemeier, B. Li, C. M. Baugh, C. Arnold, S. Bose, C. Hernández-Aguayo, P. Zarrouk, and C. T. Davies, Mon. Not. R. Astron. Soc. 527, 2490 (2024).
- C. T. Davies, J. Harnois-Déraps, B. Li, B. Giblin, C. Hernández-Aguayo, and E. Paillas, Mon. Not. R. Astron. Soc. 533, 3546 (2024).
- M. Tristram, A. J. Banday, M. Douspis, X. Garrido, K. M. Górski, S. Henrot-Versillé, L. T. Hergt, S. Ilić, R. Keskitalo, G. Lagache et al., Astron. Astrophys. 682, A37 (2024).
- A. Barreira, A. G. Sánchez, and F. Schmidt, Phys. Rev. D 94, 084022 (2016).
- L. E. Bleem, B. Stalder, T. de Haan, K. A. Aird, S. W. Allen, D. E. Applegate, M. L. N. Ashby, M. Bautz, M. Bayliss, B. A. Benson et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 216, 27 (2015).
- L. E. Bleem, S. Bocquet, B. Stalder, M. D. Gladders, P. A. R. Ade, S. W. Allen, A. J. Anderson, J. Annis, M. L. N. Ashby, J. E. Austermann et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 247, 25 (2020).
- S. F. Raihan, T. Schrabback, H. Hildebrandt, D. Applegate, and G. Mahler, Mon. Not. R. Astron. Soc. 497, 1404 (2020).
- B. Hernández-Martín, T. Schrabback, H. Hoekstra, N. Martinet, J. Hlavacek-Larrondo, L. E. Bleem, M. D. Gladders, B. Stalder, A. A. Stark, and M. Bayliss, Astron. Astrophys. 640, A117 (2020).
- M. W. Sommer, T. Schrabback, D. E. Applegate, S. Hilbert, B. Ansarinejad, B. Floyd, and S. Grandis, Mon. Not. R. Astron. Soc. 509, 1127 (2022).
- S. Shandera, A. Mantz, D. Rapetti, and S. W. Allen, J. Cosmol. Astropart. Phys. 08 (2013) 004.
- L. Lombriser, W. Hu, W. Fang, and U. Seljak, Phys. Rev. D 80, 063536 (2009).
- M. A. Luty, M. Porrati, and R. Rattazzi, J. High Energy Phys. 09 (2003) 029.
- A. Nicolis and R. Rattazzi, J. High Energy Phys. 06 (2004) 2004.
- K. Koyama, Classical Quantum Gravity 24, R231 (2007).
- W. Fang, S. Wang, W. Hu, Z. Haiman, L. Hui, and M. May, Phys. Rev. D 78, 103509 (2008).
- F. Schmidt, W. Hu, and M. Lima, Phys. Rev. D 81, 063005 (2010).
- M. Wyman and J. Khoury, Phys. Rev. D 82, 044032 (2010).
- L. Xu, J. Cosmol. Astropart. Phys. 02 (2014) 048.
- C. M. Will, Living Rev. Relativity 17, 4 (2014).
- C. Burrage and J. Sakstein, Living Rev. Relativity 21, 1 (2018).
- H. Fischer, C. Käding, and M. Pitschmann, Universe 10, 297 (2024).
- R. K. Sheth and G. Tormen, Mon. Not. R. Astron. Soc. 308, 119 (1999).
- J. Tinker, A. V. Kravtsov, A. Klypin, K. Abazajian, M. Warren, G. Yepes, S. Gottlöber, and D. E. Holz, Astrophys. J. 688, 709 (2008).
- K. Ichiki and M. Takada, Phys. Rev. D 85, 063521 (2012).
- M. Costanzi, F. Villaescusa-Navarro, M. Viel, J.-Q. Xia, S. Borgani, E. Castorina, and E. Sefusatti, J. Cosmol. Astropart. Phys. 12 (2013) 012.
- N. Kaiser, Mon. Not. R. Astron. Soc. 222, 323 (1986).
- R. E. Angulo, V. Springel, S. D. M. White, A. Jenkins, C. M. Baugh, and C. S. Frenk, Mon. Not. R. Astron. Soc. 426, 2046 (2012).
- K. Vanderlinde, T. M. Crawford, T. de Haan, J. P. Dudley, L. Shaw, P. A. R. Ade, K. A. Aird, B. A. Benson, L. E. Bleem, M. Brodwin et al., Astrophys. J. 722, 1180 (2010).
- F. Schmidt, Phys. Rev. D 81, 103002 (2010).
- J. F. Navarro, C. S. Frenk, and S. D. M. White, Astrophys. J. 490, 493 (1997).
- M. Bartelmann and M. Maturi, Scholarpedia 12, 32440 (2017).
- M. R. Becker and A. V. Kravtsov, Astrophys. J. 740, 25 (2011).
- M. Oguri and T. Hamana, Mon. Not. R. Astron. Soc. 414, 1851 (2011).
- S. Grandis, S. Bocquet, J. J. Mohr, M. Klein, and K. Dolag, Mon. Not. R. Astron. Soc. 507, 5671 (2021).
- Planck Collaboration, N. Aghanim, Y. Akrami, M. Ashdown, J. Aumont, C. Baccigalupi, M. Ballardini, A. J. Banday, R. B. Barreiro, N. Bartolo et al., Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
- G.-B. Zhao, L. Pogosian, A. Silvestri, and J. Zylberberg, Phys. Rev. D 79, 083513 (2009).
- A. Hojjati, L. Pogosian, and G.-B. Zhao, J. Cosmol. Astropart. Phys. 08 (2011) 005.
- A. Zucca, L. Pogosian, A. Silvestri, and G. B. Zhao, J. Cosmol. Astropart. Phys. 05 (2019) 001.
- Z. Wang, S. H. Mirpoorian, L. Pogosian, A. Silvestri, and G.-B. Zhao, J. Cosmol. Astropart. Phys. 08 (2023) 038.
- M. Ishak, J. Pan, R. Calderon, K. Lodha, G. Valogiannis, A. Aviles, G. Niz, L. Yi, C. Zheng, C. Garcia-Quintero et al., J. Cosmol. Astropart. Phys. 09 (2025) 053.
- E. Specogna, W. Giarè, and E. Di Valentino, Phys. Rev. D 111, 103510 (2025).
- Planck Collaboration, P. A. R. Ade, N. Aghanim, M. Arnaud, M. Ashdown, J. Aumont, C. Baccigalupi, A. J. Banday, R. B. Barreiro, N. Bartolo et al., Astron. Astrophys. 594, A14 (2016).
- E. Calabrese, A. Slosar, A. Melchiorri, G. F. Smoot, and O. Zahn, Phys. Rev. D 77, 123531 (2008).
- A. Renzi, Ph.D. thesis, SISSA, International School for Advanced Studies, Italy, 2013.
- R. Mokeddem, W. S. Hipólito-Ricaldi, and A. Bernui, J. Cosmol. Astropart. Phys. 01 (2023) 017.
- P. A. R. Ade, N. Aghanim, M. Arnaud, M. Ashdown, J. Aumont, C. Baccigalupi, A. J. Banday, R. B. Barreiro, N. Bartolo et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 594, A14 (2016).
- B. A. Benson, P. A. R. Ade, Z. Ahmed, S. W. Allen, K. Arnold, J. E. Austermann, A. N. Bender, L. E. Bleem, J. E. Carlstrom, C. L. Chang et al., Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 9153, 91531P (2014).
- P. Ade, J. Aguirre, Z. Ahmed, S. Aiola, A. Ali, D. Alonso, M. A. Alvarez, K. Arnold, P. Ashton, J. Austermann et al., J. Cosmol. Astropart. Phys. 02 (2019) 056.
- A. Raccanelli, D. Bertacca, D. Pietrobon, F. Schmidt, L. Samushia, N. Bartolo, O. Doré, S. Matarrese, and W. J. Percival, Mon. Not. R. Astron. Soc. 436, 89 (2013).
- R. Laureijs, J. Amiaux, S. Arduini, J. L. Auguères, J. Brinchmann, R. Cole, M. Cropper, C. Dabin, L. Duvet, A. Ealet et al., arXiv:1110.3193.
- P. A. Abell, J. Allison, S. F. Anderson, J. R. Andrew, J. R. P. Angel, L. Armus, D. Arnett, S. J. Asztalos, T. S. Axelrod et al. (LSST Science Collaboration), arXiv:0912.0201.
- E. Camphuis, W. Quan, L. Balkenhol, A. R. Khalife, F. Ge, F. Guidi, N. Huang, G. P. Lynch, Y. Omori, C. Trendafilova et al., Phys. Rev. D 113, 083504 (2026).
- T. Louis, A. La Posta, Z. Atkins, H. T. Jense, I. Abril-Cabezas, G. E. Addison, P. A. R. Ade, S. Aiola, T. Alford, D. Alonso et al., J. Cosmol. Astropart. Phys. 11 (2025) 062.