Eliminating the Hubble Tension in the Presence of the Interconnection between Dark Energy and Matter in the Modern Universe

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It is accepted in modern cosmology that the scalar field responsible for the inflationary stage of the early Universe is completely transformed into matter. It is assumed that the accelerated expansion is currently driven by dark energy (DE), which is likely determined by Einstein’s cosmological constant, unrelated to the scalar field responsible for inflation. We consider a cosmological model in which DE can currently have two components, one of which is Einstein’s constant (Λ) and the other, smaller dark energy variable component DEV (ΛV), is associated with the remnant of the scalar field that caused inflation after the main part of the scalar field has turned into matter. We consider only the stages of evolution of the Universe after recombination (z<=1100), where dark matter (DM) is the predominant component of matter. It is assumed that the transformation of the scalar field into matter continues at the present time and is accompanied by the reverse process of the transformation of DM into a scalar field. The interconnection between DM and DEV, which leads to a linear relationship between the energy densities of these components after recombination ρDM=αρDEV, is considered. Variants with a dependence of the coefficient α(z) on the redshift z are also considered. One of the problems that have arisen in modern cosmology, called Hubble Tension (HT), is the discrepancy between the present values of the Hubble constant (H0) measured from observations of the Universe at small redshifts (z≲1) and the values found from fluctuations of the cosmic microwave background in the Universe at large redshifts (z≈1100). In the model under consideration, this discrepancy can be explained by the deviation of the existing cosmological model from the conventional Λ cold dark matter (CDM) model of the flat Universe by the action of the additional dark energy component DEV at the stages after recombination. Within this extended model, we consider various α(z) functions that can eliminate the HT. To maintain the ratio of DEV and DM energy densities close to constant over the interval 0⩽z≲1100, it is necessary to assume the existence of a wide spectrum of dark matter particle masses.

About the authors

G. S. Bisnovatyi-Kogan

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: gkogan@iki.rssi.ru
Moscow, Russia

A. M. Nikishin

Moscow Engineering Physics Institute (MEPhI)

Author for correspondence.
Email: nikishin-5@yandex.ru
Moscow, Russia

References

  1. Y. B. Zeldovich and I. D. Novikov, Structure and Evolution of the Universe (Moscow: Nauka, 1975).
  2. G. Riess, Nature Rev. Phys. 2 (1), 10 (2020).
  3. W. L. Freedman, Astrophys. J. 919 (1), id. 16 (2021).
  4. G. Bisnovatyi-Kogan, arXiv:2002.05602 [astro-ph.CO] (2020).
  5. G. S. Bisnovatyi-Kogan, Universe 7 (11), 412 (2021).
  6. D. N. Spergel, L. Verde, H. V. Peiris, E. Komatsu, et al., Astrophys. J. Suppl. 148 (1), 175 (2003).
  7. P. A. R. Ade, N. Aghanim, M. Arnaud, M. Ashdown, et al., Astron. and Astrophys. 594, id. A13 (2016).
  8. N. Aghanim, Y. Akrami, M. Ashdown, J. Aumont, et al., Astron. and Astrophys. 641, id. A6 (2020).
  9. A. G. Riess, A. V. Filippenko, P. Challis, A. Clocchiatti, et al., Astron. J. 116 (3), 1009 (1998).
  10. S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R. A. Knop, et al., Astrophys. J. 517 (2), 565 (1999).
  11. A. G. Riess, L. M. Macri, S. L. Hoffmann, D. Scolnic, et al., Astrophys. J. 826 (1), 56 (2016).
  12. A. G. Riess, S. Casertano, W. Yuan, L. Macri, et al., A-strophys. J. 861 (2), 126 (2018).
  13. A. G. Riess, S. Casertano, W. Yuan, L. M. Macri, and D. Scolnic, Astrophys. J. 876 (1), 85 (2019).
  14. K. C. Wong, S. H. Suyu, G. C.-F. Chen, C. E. Rusu, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 498 (1), 1420 (2020).
  15. W. Yuan, A. G. Riess, L. M. Macri, S. Casertano, and D. M. Scolnic, Astrophys. J. 886 (1), 61 (2019).
  16. L. Verde, T. Treu, and A. G. Riess, Nature Astron. 3, 891 (2019).
  17. C. A. Bengaly, C. Clarkson, and R. Maartens, J. Cosmology and Astroparticle Phys. № 05, id. 053 (2020).
  18. E. Di Valentino, O. Mena, S. Pan, L. Visinelli, et al., Classical and Quantum Gravity 38, id. 153001 (2021).
  19. T. Karwal and M. Kamionkowski, Phys. Rev. D 94 (10), id.103523 (2016).
  20. E. Mörtsell and S. Dhawan, J. Cosmology and Astroparticle Phys. № 09, id. 025 (2018).
  21. V. Poulin, T. L. Smith, T. Karwal, and M. Kamionkowski, Phys. Rev. Letters 122 (22), id. 221301 (2019).
  22. W. Yang, S. Pan, E. Di Valentino, R. C. Nunes, S. Vagnozzi, and D. F. Mota, J. Cosmology and Astroparticle Phys. № 09, id. 019 (2018).
  23. S. Vagnozzi, Phys. Rev. D 102 (2), id.023518 (2020).
  24. E. Di Valentino, A. Melchiorri, O. Mena, and S. Vagnozzi, Phys. Dark Universe 30, id. 100666 (2020).
  25. C. Umiltá, M. Ballardini, F. Finelli, and D. Paoletti, J. Cosmology and Astroparticle Phys. 2015 (08), id. 017 (2015).
  26. M. Ballardini, F. Finelli, C. Umiltá, and D. Paoletti, J. Cosmology and Astroparticle Phys. № 05, id. 067 (2016).
  27. M. Rossi, M. Ballardini, M. Braglia, F. Finelli, D. Paoletti, A. A. Starobinsky, and C. Umiltá, Phys. Rev. D. 100 (10), id. 103524 (2019).
  28. L. Knox and M. Millea, Phys. Rev. D. 101 (4), id. 043533 (2020).
  29. V. V. Luković, B. S. Haridasu, and N. Vittorio, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 491, 2075 (2020).
  30. W. Kenworthy, D. Scolnic, and A. Riess, Astrophys. J. 875, id. 145 (2019).
  31. E. Mörtsell and S. Dhawan, J. Cosmology and Astroparticle Phys. № 09, id. 025 (2018).
  32. J. Sakstein and M. Trodden, Phys. Rev. Letters 124 (16), id. 161301 (2020).
  33. A. Gogoi, R. Kumar Sharma, P. Chanda, and S. Das, Astrophys. J. 915, id. 132 (2021).
  34. G.-B. Zhao, M. Raveri, L. Pogosian, Y. Wang, et al., N-ature Astron. 1, 627 (2017).
  35. M. Mortonson, W. Hu, and D. Huterer, Phys. Rev. D. 80 (6), id. 067301 (2009).
  36. X. Li and A. Shafieloo, Astrophys. J. Letters 883 (1), id. L3 (2019).
  37. L. Parker and D. A. Vanzella, Phys. Rev. D. 69 (10), id. 104009 (2004).
  38. G. Steigman, D. N. Schramm, and J. E. Gunn, Phys. Letters B 66 (2), 202 (1977).
  39. L. Amendola, Phys. Rev. D. 62 (4), id. 043511 (2000).
  40. M.-X. Lin, M. Raveri, and W. Hu, Phys. Rev. D. 99 (4), id. 043514 (2019).
  41. W. Hu and I. Sawicki, Phys. Rev. D. 76 (6), id. 064004 (2007).
  42. Einstein, Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie, Sitzungsberichte der Königlich Preussichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin. Reprinted in The Collected Papers of Albert Einstein, 1914–1917 6 (Princeton University Press, 1996).
  43. A. Guth, The Inflationary Universe (Reading, Massachusetts: Perseus Books, 1998).
  44. A. D. Linde, Phys. Letters B. 129 (3/4), 177 (1983).
  45. A. Starobinsky, Phys. Letters B. 117 (3/4), 175 (1982).
  46. V. F. Mukhanov, G. V. Chibisov, JETP 56 (2),258 (1982).
  47. K. Arun, S. Gudennavar, and C. Sivaram, Adv. Space Research 60, 166 (2017).
  48. D. Samart and P. Channuie, European Phys. J. C 79 (4), id. 347 (2019).
  49. Д. С. Горбунов, В. А. Рубаков, Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва (M.: Ин-т ядерных исследований РАH, 2007).
  50. А. А. Фридман, Успехи физ. наук 80 (7), 439 (1963).
  51. P. J. E. Peebles, Principles of physical cosmology (Princeton University Press, 1993).
  52. Age of the Universe, WikipediA (2021), in press https://en.wikipedia.org/wiki/Ageoftheuniverse .
  53. И. С. Градштейн, И. М. Рыжик, Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений (М.: Гос. изд.-во Физ.-Мат. литературы, 1962).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Г.С. Бисноватый-Коган, А.М. Никишин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».