Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Hubble tension as a window on the gravitation of the dark matter sector: Exploration of a family of models

Published 19 Dec 2023 in astro-ph.CO | (2312.12408v2)

Abstract: A family of simple and minimal extensions of the standard cosmological $\Lambda$CDM model in which dark matter experiences an additional long-range scalar interaction is demonstrated to alleviate the long lasting Hubble-tension while letting primordial nucleosynthesis predictions unaffected and passing by construction all current local tests of general relativity. This article describes their theoretical formulation and their implications for dark matter. Then, it investigates their cosmological signatures, both at the background and perturbation levels. A detailed comparison to astrophysical data is performed to discuss their ability to fit existing data. A thorough discussion of the complementarity of the low- and high-redshift data and on their constraining power highlights how these models improve the predictions of the $\Lambda$CDM model whatever the combination of datasets used and why they can potentially resolve the Hubble tension. Being fully predictive in any environment, they pave the way to a better understanding of gravity in the dark matter sector.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (61)
  1. P. J. E. Peebles, Annals Phys. 447, 169159 (2022), arXiv:2208.05018 [astro-ph.CO] .
  2. A. G. Riess et al., Astrophys. J. 826, 56 (2016), arXiv:1604.01424 [astro-ph.CO] .
  3. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020a), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  4. S. Aiola et al. (ACT), JCAP 12, 047 (2020), arXiv:2007.07288 [astro-ph.CO] .
  5. L. Balkenhol et al. (SPT-3G), Phys. Rev. D 104, 083509 (2021), arXiv:2103.13618 [astro-ph.CO] .
  6. A. G. Riess et al., Astrophys. J. Lett. 934, L7 (2022), arXiv:2112.04510 [astro-ph.CO] .
  7. K. C. Wong et al., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 498, 1420 (2020), arXiv:1907.04869 [astro-ph.CO] .
  8. E. Abdalla et al., JHEAp 34, 49 (2022), arXiv:2203.06142 [astro-ph.CO] .
  9. L. Knox and M. Millea, Phys. Rev. D 101, 043533 (2020), arXiv:1908.03663 [astro-ph.CO] .
  10. N. Arendse et al., Astron. Astrophys. 639, A57 (2020), arXiv:1909.07986 [astro-ph.CO] .
  11. W. Beenakker and D. Venhoek,   (2021), arXiv:2101.01372 [astro-ph.CO] .
  12. J.-P. Uzan, Gen. Rel. Grav. 39, 307 (2007), arXiv:astro-ph/0605313 .
  13. J.-P. Uzan,   (2009), arXiv:0912.5452 [gr-qc] .
  14. J.-P. Uzan, Prog. Math. Phys. 76, 1 (2021), arXiv:1606.06112 [astro-ph.CO] .
  15. M. Kasai and T. Futamase, PTEP 2019, 073E01 (2019), arXiv:1904.09689 [gr-qc] .
  16. J. Rich, Astron. Astrophys. 584, A69 (2015), arXiv:1503.06012 [astro-ph.CO] .
  17. J.-P. Uzan, Phys. Rev. D 59, 123510 (1999), arXiv:gr-qc/9903004 .
  18. A. Riazuelo and J.-P. Uzan, Phys. Rev. D 66, 023525 (2002), arXiv:astro-ph/0107386 .
  19. L. Hart and J. Chluba, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 510, 2206 (2022), arXiv:2107.12465 [astro-ph.CO] .
  20. P. A. R. Ade et al. (Planck), Astron. Astrophys. 580, A22 (2015), arXiv:1406.7482 [astro-ph.CO] .
  21. J.-P. Uzan, Rev. Mod. Phys. 75, 403 (2003), arXiv:hep-ph/0205340 .
  22. J.-P. Uzan, Living Rev. Rel. 14, 2 (2011), arXiv:1009.5514 [astro-ph.CO] .
  23. G. F. R. Ellis and J.-P. Uzan, Am. J. Phys. 73, 240 (2005), arXiv:gr-qc/0305099 .
  24. A. Fuzfa and J. M. Alimi, Phys. Rev. D 75, 123007 (2007), arXiv:astro-ph/0702478 .
  25. C. C. Thomas and C. van de Bruck, JCAP 04, 015 (2023), arXiv:2210.09732 [hep-th] .
  26. P. Touboul et al. (MICROSCOPE), Phys. Rev. Lett. 129, 121102 (2022), arXiv:2209.15487 [gr-qc] .
  27. T. Damour and G. Esposito-Farese, Class. Quant. Grav. 9, 2093 (1992).
  28. N. Deruelle and J.-P. Uzan, Relativity in Modern Physics, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2018).
  29. P. F. de Salas and A. Widmark, Rept. Prog. Phys. 84, 104901 (2021), arXiv:2012.11477 [astro-ph.GA] .
  30. J. Bergé et al., Exper. Astron. 51, 1737 (2021), arXiv:1909.00834 [astro-ph.IM] .
  31. C. Pitrou and J.-P. Uzan,   (2024).
  32. P. Sikivie, Lect. Notes Phys. 741, 19 (2008), arXiv:astro-ph/0610440 .
  33. A. Riazuelo and J.-P. Uzan, Phys. Rev. D 62, 083506 (2000), arXiv:astro-ph/0004156 .
  34. S. Kumar and R. C. Nunes, Phys. Rev. D 94, 123511 (2016), arXiv:1608.02454 [astro-ph.CO] .
  35. P. Wang and X.-H. Meng, Class. Quant. Grav. 22, 283 (2005), arXiv:astro-ph/0408495 .
  36. J.-P. Uzan, Class. Quant. Grav. 15, 1063 (1998), arXiv:gr-qc/9801108 .
  37. P. Peter and J.-P. Uzan, Primordial Cosmology, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2013).
  38. V. Mukhanov, Physical Foundations of Cosmology (Cambridge University Press, Oxford, 2005).
  39. C.-P. Ma and E. Bertschinger, Astrophys. J. 455, 7 (1995), arXiv:astro-ph/9506072 .
  40. J. Torrado and A. Lewis, JCAP 05, 057 (2021), arXiv:2005.05290 [astro-ph.IM] .
  41. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A5 (2020b), arXiv:1907.12875 [astro-ph.CO] .
  42. T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 98, 043526 (2018), arXiv:1708.01530 [astro-ph.CO] .
  43. D. M. Scolnic et al. (Pan-STARRS1), Astrophys. J. 859, 101 (2018), arXiv:1710.00845 [astro-ph.CO] .
  44. S. Alam et al. (BOSS), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 470, 2617 (2017), arXiv:1607.03155 [astro-ph.CO] .
  45. S. Alam et al. (eBOSS), Phys. Rev. D 103, 083533 (2021), arXiv:2007.08991 [astro-ph.CO] .
  46. T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 105, 023520 (2022), arXiv:2105.13549 [astro-ph.CO] .
  47. S. Vagnozzi, Universe 9, 393 (2023), arXiv:2308.16628 [astro-ph.CO] .
  48. R. E. Keeley and A. Shafieloo, Phys. Rev. Lett. 131, 111002 (2023), arXiv:2206.08440 [astro-ph.CO] .
  49. G. Efstathiou, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 505, 3866 (2021), arXiv:2103.08723 [astro-ph.CO] .
  50. R. Trotta, Contemp. Phys. 49, 71 (2008), arXiv:0803.4089 [astro-ph] .
  51. R. Trotta (2017) arXiv:1701.01467 [astro-ph.CO] .
  52. D. Brout et al., Astrophys. J. 938, 110 (2022), arXiv:2202.04077 [astro-ph.CO] .
  53. J. D. Bekenstein, Phys. Rev. D 48, 3641 (1993), arXiv:gr-qc/9211017 .
  54. S. Mantry, AIP Conf. Proc. 1241, 1025 (2010), arXiv:0911.4508 [hep-ph] .
  55. Y. Bai and Z. Han, Phys. Rev. Lett. 103, 051801 (2009), arXiv:0902.0006 [hep-ph] .
  56. J. A. Frieman and B.-A. Gradwohl, Phys. Rev. Lett. 67, 2926 (1991).
  57. B.-A. Gradwohl and J. A. Frieman, Astrophys. J. 398, 407 (1992).
  58. M. Kesden and M. Kamionkowski, Phys. Rev. D 74, 083007 (2006), arXiv:astro-ph/0608095 .
  59. P. J. E. Peebles, Annalen Phys. 524, 591 (2012), arXiv:1204.0485 [astro-ph.CO] .
  60. J. E. Moody and F. Wilczek, Phys. Rev. D 30, 130 (1984).
  61. J. Bovy and G. R. Farrar, Phys. Rev. Lett. 102, 101301 (2009), arXiv:0807.3060 [hep-ph] .
Citations (3)

Summary

Paper to Video (Beta)

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 3 tweets with 1 like about this paper.