Квантовое происхождение темной энергии и напряжение Хаббла

Quantum origin of dark energy and the Hubble tension

Квантовое происхождение темной энергии и напряжение Хаббла

Локальные измерения параметра Хаббла, полученные по лестнице расстояний при низком красном смещении, противоречат глобальным значениям, выведенным из космологических стандартных линейки. Ключевую роль в этом противоречии играют предположения о космологической истории, в частности, о происхождении темной энергии. Здесь мы рассматриваем сценарий, в котором темная энергия возникает в результате усиления квантовых флуктуаций светового поля в процессе инфляции. Мы показываем, что пространственные корреляции, унаследованные от инфляционных квантовых флуктуации могут уменьшить напряжение Хаббла до одного стандартного отклонения, тем самым снимая проблему по отношению к стандартной космологической модели. Предстоящие миссии, такие как "Евклид", смогут проверить предсказания моделей этого класса.

1. ВВЕДЕНИЕ

Стандартная космологическая модель, известная как ΛCDM, дает описание Вселенной, согласующееся с большим числом наблюдений, включая космический микроволновый фон (CMB) и данные о крупномасштабной структуре галактик и измерения расстояния до сверхновых типа Ia (SNeIa). фон (CMB), данные о крупномасштабной структуре из обзоров галактик и измерения расстояния до сверхновых типа Ia (SNeIa). Однако значения некоторых параметров в Однако при сравнении результатов, полученных при исследовании различных масштабов, значения некоторых параметров модели демонстрируют напряженность. Этот особенно актуально для параметра Хаббла, для которого напряженность в настоящее время преодолена

4σ.

Напряжение Хаббла в ΛCDM можно описать как несовместимость между H0 измеренными космологическими зондами в ранние времена, и значениями, выведенными из измерений расстояния измерения расстояний в локальных масштабах. Для простоты мы будем называть эти два класса наблюдений как глобальные и локальные измерения, соответственно. Глобальные измерения включают в себя исследования анизотропии МДБ с помощью миссии "Планк" [1] и наблюдения масштаба звукового горизонта

отпечаток барионных акустических осцилляций (БАО) на корреляционной функции галактик (см. [2, 3]). для оценки H0 из BAO с нуклеосинтезом большого взрыва, предшествующим барионной плотности). Это также возможно изучить изменение во времени параметра Хаббла до красного смещения z ∼ 2 используя так называемые космические хронометры [4, 5], которые представляют собой галактики с известной временной эволюцией. Местные измерения сравнивают расстояния SNeIa, калиброванные по Цефеидам коллаборацией SH0ES [6], и временные задержки в галактиках. [6] и временные задержки множественных изображений сильно линзированных квазаров, изучаемых коллаборацией H0LiCOW [7]. Среди других локальных зондов, которые были рассмотрены, можно упомянуть калибровку SNeIa по вершине красной гигантской ветви (TRGB) (обнаружено более низкое значение H0 по сравнению с калибровкой по Цефеидам). по сравнению с калибровкой Цефеид, см. [8]) или по переменным Миры [9], измерение расстояний от флуктуаций поверхностной яркости [10] и наблюдений галактик, в которых находятся мегамазеры [11]. Параметр Хаббла, оцененный по данным "Планка" [1], составляет H0 = (67,4 ± 0,5) км/с Мпк-1, в то время как по данным коллаборации SH0ES [6] H0 = (74,03 ± 1,42) км/с Мпк-1 что приводит к расхождение более чем в 4σ. Было предложено несколько идей для согласования этих двух значений. Один из возможных подход заключается во введении новой физики, такой, что параметр Хаббла, вычисленный из CMB больше. Такие изменения могут повлиять на космологическую эволюцию в поздние времена или или даже в ранней Вселенной. В качестве примера предложения для поздних времен было показано, что фантомное уравнение состояния темной энергии смещает параметр Хаббла, предсказанный по МДБ. в сторону больших значений [12]. В других исследованиях рассматриваются возможные решения позднего времени, исходящие от взаимодействующей темной энергии [13], метастабильной темной энергии [14] или распадающейся темной материи [15]. Действительно, эти сценарии дают более высокие значения H0 при подгонке только данных CMB, но в целом другие независимые измерения H0, поступающие от BAO и космических хронометров, оставляют мало места для таких поздних модификаций, см. [16, 17]. Что касается предложений о ранней Вселенной, то Примером является ранняя темная энергия [18, 19], где скалярное поле разбавляется быстрее материи, начиная с начального состояния, замороженного Хабблом. из начального состояния, замороженного хаббловским трением. Помимо трудностей тонкой настройки (напр. в требуемом потенциале скалярного поля, в его начальных условиях или в том, чтобы заставить раннюю темную энергию