Inflation, the Hubble Tension and Early Dark Energy: an alternative overview
Abstract: I review and discuss the possible implications for inflation resulting from considering new physics in light of the Hubble tension. My study is motivated by a simple argument that the constraints on inflationary parameters, most typically the spectral index $n_s$, depend to some extent on the cosmological framework. To avoid broadening the uncertainties resulting from marginalizing over additional parameters (typical in many alternative models), I first adopt the same alternative viewpoint of previous studies and analyze what happens if a physical theory can fix extra parameters to non-standard values. Focusing on the dark energy equation of state $w$ and the effective number of relativistic species $N_{\rm{eff}}$, I confirm that physical theories able to fix $w \approx -1.2$ or $N_{\rm{eff}} \approx 3.9$ produce values of $H_0$ from CMB and BAO in line with the local distance ladder estimate. While in the former case I do not find any relevant implications for inflation, in the latter scenarios, I observe a shift towards $n_s \approx 1$. From a model-selection perspective, both cases are strongly disfavored compared to $\Lambda$CDM. However, models with $N_{\rm{eff}} \approx 3.3 - 3.4$ could bring the $H_0$ tension down to $\sim 3\sigma$ while being moderately disfavored. Yet, this is enough to change the constraints on inflation so that the most accredited models (e.g., Starobinsky inflation) would no longer be favored by data. I then focus on Early Dark Energy (EDE), arguing that an EDE fraction $f_{\rm{EDE}}\sim 0.04 - 0.06$ (only able to mildly reduce the $H_0$-tension down to $\sim 3\sigma$) could already require a similar change in perspective on inflation. In fact, performing a full joint analysis of EDE and Starobinsky inflation, I find that the two models can hardly coexist for $f_{\rm{EDE}}\gtrsim 0.06$.
- A. H. Guth, Phys. Rev. D 23, 347 (1981).
- A. D. Linde, Phys. Lett. B 108, 389 (1982).
- A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48, 1220 (1982).
- A. Vilenkin, Phys. Rev. D 27, 2848 (1983).
- V. F. Mukhanov and G. V. Chibisov, JETP Lett. 33, 532 (1981).
- S. W. Hawking, Phys. Lett. B 115, 295 (1982).
- A. H. Guth and S. Y. Pi, Phys. Rev. Lett. 49, 1110 (1982).
- C. L. Bennett et al. (WMAP), Astrophys. J. Suppl. 208, 20 (2013), arXiv:1212.5225 [astro-ph.CO] .
- G. Hinshaw et al. (WMAP), Astrophys. J. Suppl. 208, 19 (2013), arXiv:1212.5226 [astro-ph.CO] .
- N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A1 (2020a), arXiv:1807.06205 [astro-ph.CO] .
- N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020b), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
- J. E. Ruhl et al. (SPT), Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 5498, 11 (2004), arXiv:astro-ph/0411122 .
- D. Dutcher et al. (SPT-3G), Phys. Rev. D 104, 022003 (2021), arXiv:2101.01684 [astro-ph.CO] .
- S. K. Choi et al. (ACT), JCAP 12, 045 (2020), arXiv:2007.07289 [astro-ph.CO] .
- S. Aiola et al. (ACT), JCAP 12, 047 (2020), arXiv:2007.07288 [astro-ph.CO] .
- M. S. Madhavacheril et al. (ACT),  (2023), arXiv:2304.05203 [astro-ph.CO] .
- K. S. Dawson et al. (BOSS), Astron. J. 145, 10 (2013), arXiv:1208.0022 [astro-ph.CO] .
- L. Anderson et al. (BOSS), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 441, 24 (2014), arXiv:1312.4877 [astro-ph.CO] .
- T. Delubac et al. (BOSS), Astron. Astrophys. 574, A59 (2015), arXiv:1404.1801 [astro-ph.CO] .
- S. Alam et al. (BOSS), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 470, 2617 (2017), arXiv:1607.03155 [astro-ph.CO] .
- F. Beutler et al. (BOSS), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 443, 1065 (2014), arXiv:1312.4611 [astro-ph.CO] .
- S. Alam et al. (eBOSS), Phys. Rev. D 103, 083533 (2021), arXiv:2007.08991 [astro-ph.CO] .
- M. Tegmark et al. (SDSS), Phys. Rev. D 69, 103501 (2004), arXiv:astro-ph/0310723 .
- U. Seljak et al. (SDSS), Phys. Rev. D 71, 103515 (2005), arXiv:astro-ph/0407372 .
- M. Tegmark et al. (SDSS), Phys. Rev. D 74, 123507 (2006), arXiv:astro-ph/0608632 .
- M. Betoule et al. (SDSS), Astron. Astrophys. 568, A22 (2014), arXiv:1401.4064 [astro-ph.CO] .
- T. Abbott et al. (DES), Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 460, 1270 (2016), arXiv:1601.00329 [astro-ph.CO] .
- M. A. Troxel et al. (DES), Phys. Rev. D 98, 043528 (2018), arXiv:1708.01538 [astro-ph.CO] .
- T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 105, 023520 (2022), arXiv:2105.13549 [astro-ph.CO] .
- T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 107, 083504 (2023a), arXiv:2207.05766 [astro-ph.CO] .
- M. Asgari et al. (KiDS), Astron. Astrophys. 645, A104 (2021), arXiv:2007.15633 [astro-ph.CO] .
- T. Tröster et al. (KiDS), Astron. Astrophys. 649, A88 (2021), arXiv:2010.16416 [astro-ph.CO] .
- T. M. C. Abbott et al. (Kilo-Degree Survey, Dark Energy Survey), Open J. Astrophys. 6, 2305.17173 (2023b), arXiv:2305.17173 [astro-ph.CO] .
- D. M. Scolnic et al. (Pan-STARRS1), Astrophys. J. 859, 101 (2018), arXiv:1710.00845 [astro-ph.CO] .
- D. Brout et al., Astrophys. J. 938, 110 (2022), arXiv:2202.04077 [astro-ph.CO] .
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Phys. Rev. Lett. 118, 121101 (2017a).
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), arXiv (2019), arXiv:1903.02886 [gr-qc] .
- B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific, Virgo), Phys. Rev. Lett. 118, 121101 (2017b), [Erratum: Phys. Rev. Lett.119,no.2,029901(2017)], arXiv:1612.02029 [gr-qc] .
- L. Boubekeur and D. H. Lyth, JCAP 07, 010 (2005), arXiv:hep-ph/0502047 .
- J. Martin and C. Ringeval, JCAP 08, 009 (2006), arXiv:astro-ph/0605367 .
- I. Moss and C. Graham, JCAP 11, 004 (2007), arXiv:0707.1647 [astro-ph] .
- W. Zhao and Q.-G. Huang, Class. Quant. Grav. 28, 235003 (2011), arXiv:1101.3163 [astro-ph.CO] .
- E. Di Valentino and L. Mersini-Houghton, JCAP 03, 002 (2017a), arXiv:1612.09588 [astro-ph.CO] .
- E. Di Valentino and L. Mersini-Houghton, JCAP 03, 020 (2017b), arXiv:1612.08334 [astro-ph.CO] .
- R. Dai and Y. Zhu, JCAP 05, 017 (2020), arXiv:1911.05973 [astro-ph.CO] .
- V. K. Oikonomou, Class. Quant. Grav. 38, 195025 (2021), arXiv:2108.10460 [gr-qc] .
- O. Özsoy, JCAP 04, 040 (2021), arXiv:2005.10280 [astro-ph.CO] .
- A. Stewart and R. Brandenberger, JCAP 08, 012 (2008), arXiv:0711.4602 [astro-ph] .
- M. Giovannini, Class. Quant. Grav. 33, 125002 (2016), arXiv:1507.03456 [astro-ph.CO] .
- M. Giovannini, Phys. Rev. D 98, 103509 (2018a), arXiv:1806.01937 [gr-qc] .
- M. Giovannini, Phys. Lett. B 789, 502 (2019), arXiv:1805.08142 [astro-ph.CO] .
- M. Giovannini, Eur. Phys. J. C 78, 442 (2018b), arXiv:1803.05203 [gr-qc] .
- W. Giarè and A. Melchiorri, Phys. Lett. B 815, 136137 (2021), arXiv:2003.04783 [astro-ph.CO] .
- W. Giarè and F. Renzi, Phys. Rev. D 102, 083530 (2020), arXiv:2007.04256 [astro-ph.CO] .
- F. D’Eramo and K. Schmitz, Phys. Rev. Research. 1, 013010 (2019), arXiv:1904.07870 [hep-ph] .
- C. Caprini and D. G. Figueroa, Class. Quant. Grav. 35, 163001 (2018), arXiv:1801.04268 [astro-ph.CO] .
- B. Allen and J. D. Romano, Phys. Rev. D 59, 102001 (1999), arXiv:gr-qc/9710117 .
- L. A. Boyle and A. Buonanno, Phys. Rev. D 78, 043531 (2008), arXiv:0708.2279 [astro-ph] .
- S. Vagnozzi, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 502, L11 (2021), arXiv:2009.13432 [astro-ph.CO] .
- G. Calcagni and S. Kuroyanagi, JCAP 03, 019 (2021), arXiv:2012.00170 [gr-qc] .
- V. K. Oikonomou, Astropart. Phys. 144, 102777 (2023a), arXiv:2209.09781 [gr-qc] .
- S. D. Odintsov and V. K. Oikonomou, Fortsch. Phys. 70, 2100167 (2022a), arXiv:2203.10599 [gr-qc] .
- G. Cañas Herrera and F. Renzi, Phys. Rev. D 104, 103512 (2021), arXiv:2104.06398 [astro-ph.CO] .
- V. K. Oikonomou, Phys. Rev. D 107, 064071 (2023b), arXiv:2303.05889 [hep-ph] .
- F. P. Fronimos and S. A. Venikoudis, Eur. Phys. J. Plus 138, 529 (2023), arXiv:2302.05173 [gr-qc] .
- Y. Cai, Phys. Rev. D 107, 063512 (2023), arXiv:2212.10893 [gr-qc] .
- V. K. Oikonomou, Nucl. Phys. B 984, 115985 (2022), arXiv:2210.02861 [gr-qc] .
- S. D. Odintsov and V. K. Oikonomou, Phys. Rev. D 105, 104054 (2022b), arXiv:2205.07304 [gr-qc] .
- J. Antoniadis et al. (EPTA),  (2023), arXiv:2306.16227 [astro-ph.CO] .
- G. Agazie et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L8 (2023), arXiv:2306.16213 [astro-ph.HE] .
- A. Afzal et al. (NANOGrav), Astrophys. J. Lett. 951, L11 (2023), arXiv:2306.16219 [astro-ph.HE] .
- S. Vagnozzi, JHEAp 39, 81 (2023a), arXiv:2306.16912 [astro-ph.CO] .
- V. K. Oikonomou, Phys. Rev. D 108, 043516 (2023c), arXiv:2306.17351 [astro-ph.CO] .
- D. H. Lyth and A. Riotto, Phys. Rept. 314, 1 (1999), arXiv:hep-ph/9807278 .
- A. D. Linde, Lect. Notes Phys. 738, 1 (2008), arXiv:0705.0164 [hep-th] .
- D. Baumann and L. McAllister, Inflation and String Theory, Cambridge Monographs on Mathematical Physics (Cambridge University Press, 2015) arXiv:1404.2601 [hep-th] .
- Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A10 (2020a), arXiv:1807.06211 [astro-ph.CO] .
- D. I. Kaiser, Phys. Rev. D 81, 084044 (2010), arXiv:1003.1159 [gr-qc] .
- D. I. Kaiser and E. I. Sfakianakis, Phys. Rev. Lett. 112, 011302 (2014), arXiv:1304.0363 [astro-ph.CO] .
- C. van de Bruck and L. E. Paduraru, Phys. Rev. D 92, 083513 (2015), arXiv:1505.01727 [hep-th] .
- L. Pinol, JCAP 04, 002 (2021), arXiv:2011.05930 [astro-ph.CO] .
- A. AchĂºcarro and G. A. Palma, JCAP 02, 041 (2019), arXiv:1807.04390 [hep-th] .
- C. van de Bruck and R. Daniel, Phys. Rev. D 103, 123506 (2021), arXiv:2102.11719 [gr-qc] .
- M. De Angelis and C. van de Bruck, JCAP 10, 023 (2023), arXiv:2304.12364 [hep-th] .
- S. Tsujikawa and H. Yajima, Phys. Rev. D 62, 123512 (2000), arXiv:hep-ph/0007351 .
- S. Weinberg, Phys. Rev. D 70, 083522 (2004), arXiv:astro-ph/0405397 .
- D. I. Kaiser and A. T. Todhunter, Phys. Rev. D 81, 124037 (2010), arXiv:1004.3805 [astro-ph.CO] .
- J. Frazer, JCAP 01, 028 (2014), arXiv:1303.3611 [astro-ph.CO] .
- C. van de Bruck and M. Robinson, JCAP 08, 024 (2014), arXiv:1404.7806 [astro-ph.CO] .
- L. Iacconi and D. J. Mulryne, JCAP 09, 033 (2023), arXiv:2304.14260 [astro-ph.CO] .
- F. Bernardeau and J.-P. Uzan, Phys. Rev. D 66, 103506 (2002), arXiv:hep-ph/0207295 .
- C. M. Peterson and M. Tegmark, Phys. Rev. D 87, 103507 (2013), arXiv:1111.0927 [astro-ph.CO] .
- A. Kehagias and A. Riotto, Nucl. Phys. B 868, 577 (2013), arXiv:1210.1918 [hep-th] .
- J. Meyers and N. Sivanandam, Phys. Rev. D 83, 103517 (2011), arXiv:1011.4934 [astro-ph.CO] .
- D. I. Kaiser, Fundam. Theor. Phys. 183, 41 (2016), arXiv:1511.09148 [astro-ph.CO] .
- A. Paliathanasis and G. Leon, Eur. Phys. J. Plus 137, 165 (2022), arXiv:2105.03261 [gr-qc] .
- A. Paliathanasis and G. Leon, Eur. Phys. J. C 80, 847 (2020), arXiv:2007.13223 [gr-qc] .
- A. Paliathanasis, Class. Quant. Grav. 37, 195014 (2020), arXiv:2003.05342 [gr-qc] .
- P. Christodoulidis and A. Paliathanasis, JCAP 05, 038 (2021), arXiv:2101.09582 [gr-qc] .
- Y.-S. Piao, Phys. Rev. D 74, 047302 (2006), arXiv:gr-qc/0606034 .
- Y. Akrami et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A9 (2020b), arXiv:1905.05697 [astro-ph.CO] .
- E. R. Harrison, Phys. Rev. D 1, 2726 (1970).
- Y. B. Zeldovich, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 160, 1P (1972).
- P. J. E. Peebles and J. T. Yu, Astrophys. J. 162, 815 (1970).
- P. A. R. Ade et al. (BICEP, Keck), Phys. Rev. Lett. 127, 151301 (2021), arXiv:2110.00483 [astro-ph.CO] .
- J. A. Grayson et al. (BICEP3), Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 9914, 99140S (2016), arXiv:1607.04668 [astro-ph.IM] .
- T. Essinger-Hileman et al., Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 9153, 91531I (2014), arXiv:1408.4788 [astro-ph.IM] .
- B. A. Benson et al. (SPT-3G), Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 9153, 91531P (2014), arXiv:1407.2973 [astro-ph.IM] .
- S. W. Henderson et al., J. Low. Temp. Phys. 184, 772 (2016), arXiv:1510.02809 [astro-ph.IM] .
- A. Suzuki et al. (LiteBIRD), Journal of Low Temperature Physics 193, 1048 (2018).
- K. N. Abazajian et al. (CMB-S4),  (2016), arXiv:1610.02743 [astro-ph.CO] .
- A. A. Starobinsky, Phys. Lett. B 91, 99 (1980).
- L. Perivolaropoulos and F. Skara, New Astron. Rev. 95, 101659 (2022), arXiv:2105.05208 [astro-ph.CO] .
- E. Di Valentino, Universe 8, 399 (2022).
- E. Abdalla et al., JHEAp 34, 49 (2022), arXiv:2203.06142 [astro-ph.CO] .
- W. Lin and M. Ishak, JCAP 05, 009 (2021), arXiv:1909.10991 [astro-ph.CO] .
- W. Handley and P. Lemos, Phys. Rev. D 103, 063529 (2021), arXiv:2007.08496 [astro-ph.CO] .
- W. Giarè,  (2023), arXiv:2305.16919 [astro-ph.CO] .
- J.-Q. Jiang and Y.-S. Piao, Phys. Rev. D 105, 103514 (2022), arXiv:2202.13379 [astro-ph.CO] .
- F. Takahashi and W. Yin, Phys. Lett. B 830, 137143 (2022), arXiv:2112.06710 [astro-ph.CO] .
- C.-M. Lin, Phys. Rev. D 106, 103511 (2022), arXiv:2204.10475 [hep-th] .
- M. Kamionkowski and A. G. Riess, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 73, 153 (2023), arXiv:2211.04492 [astro-ph.CO] .
- A. G. Riess et al., Astrophys. J. Lett. 934, L7 (2022), arXiv:2112.04510 [astro-ph.CO] .
- C. Wetterich, Phys. Lett. B 594, 17 (2004), arXiv:astro-ph/0403289 .
- M. Doran and G. Robbers, JCAP 06, 026 (2006), arXiv:astro-ph/0601544 .
- F. Niedermann and M. S. Sloth, Phys. Rev. D 103, L041303 (2021), arXiv:1910.10739 [astro-ph.CO] .
- F. Niedermann and M. S. Sloth, Phys. Rev. D 102, 063527 (2020), arXiv:2006.06686 [astro-ph.CO] .
- G. Ye and Y.-S. Piao, Phys. Rev. D 101, 083507 (2020), arXiv:2001.02451 [astro-ph.CO] .
- L. Herold and E. G. M. Ferreira, Phys. Rev. D 108, 043513 (2023), arXiv:2210.16296 [astro-ph.CO] .
- F. Niedermann and M. S. Sloth,  (2023), arXiv:2307.03481 [hep-ph] .
- T. L. Smith and V. Poulin,  (2023), arXiv:2309.03265 [astro-ph.CO] .
- Z.-Y. Peng and Y.-S. Piao,  (2023), arXiv:2308.01012 [astro-ph.CO] .
- S. Vagnozzi, Phys. Rev. D 102, 023518 (2020), arXiv:1907.07569 [astro-ph.CO] .
- E. Di Valentino et al., Astropart. Phys. 131, 102604 (2021b), arXiv:2008.11285 [astro-ph.CO] .
- L. Knox and M. Millea, Phys. Rev. D 101, 043533 (2020), arXiv:1908.03663 [astro-ph.CO] .
- R. E. Keeley and A. Shafieloo, Phys. Rev. Lett. 131, 111002 (2023), arXiv:2206.08440 [astro-ph.CO] .
- S. Vagnozzi, Universe 9, 393 (2023b), arXiv:2308.16628 [astro-ph.CO] .
- K. Akita and M. Yamaguchi, JCAP 08, 012 (2020), arXiv:2005.07047 [hep-ph] .
- S. Kumar and R. C. Nunes, Phys. Rev. D 96, 103511 (2017), arXiv:1702.02143 [astro-ph.CO] .
- M. Lucca and D. C. Hooper, Phys. Rev. D 102, 123502 (2020), arXiv:2002.06127 [astro-ph.CO] .
- E. Di Valentino, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 502, 2065 (2021), arXiv:2011.00246 [astro-ph.CO] .
- C.-G. Park and B. Ratra, Astrophys. J. 882, 158 (2019), arXiv:1801.00213 [astro-ph.CO] .
- W. Handley, Phys. Rev. D 103, L041301 (2021), arXiv:1908.09139 [astro-ph.CO] .
- G. Efstathiou and S. Gratton, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 496, L91 (2020), arXiv:2002.06892 [astro-ph.CO] .
- D. Benisty and D. Staicova, Astron. Astrophys. 647, A38 (2021), arXiv:2009.10701 [astro-ph.CO] .
- B. R. Dinda, Phys. Rev. D 105, 063524 (2022), arXiv:2106.02963 [astro-ph.CO] .
- S. Cao and B. Ratra, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 513, 5686 (2022), arXiv:2203.10825 [astro-ph.CO] .
- T. M. C. Abbott et al. (DES), Phys. Rev. D 99, 123505 (2019), arXiv:1810.02499 [astro-ph.CO] .
- M. Moresco et al., Living Rev. Rel. 25, 6 (2022), arXiv:2201.07241 [astro-ph.CO] .
- N. B. Hogg,  (2023), arXiv:2310.11977 [astro-ph.CO] .
- A. G. Adame et al. (DESI),  (2024), arXiv:2404.03002 [astro-ph.CO] .
- J. Torrado and A. Lewis, JCAP 05, 057 (2021), arXiv:2005.05290 [astro-ph.IM] .
- N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A8 (2020c), arXiv:1807.06210 [astro-ph.CO] .
- N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A5 (2020d), arXiv:1907.12875 [astro-ph.CO] .
- E. Aubourg et al. (BOSS), Phys. Rev. D 92, 123516 (2015), arXiv:1411.1074 [astro-ph.CO] .
- W. Hu and S. Dodelson, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 40, 171 (2002), arXiv:astro-ph/0110414 .
- A. R. Liddle and S. M. Leach, Phys. Rev. D 68, 103503 (2003), arXiv:astro-ph/0305263 .
- R. E. Kass and A. E. Raftery, J. Am. Statist. Assoc. 90, 773 (1995).
- R. Trotta, Contemp. Phys. 49, 71 (2008), arXiv:0803.4089 [astro-ph] .
- G. Ye and Y.-S. Piao, Phys. Rev. D 106, 043536 (2022), arXiv:2202.10055 [astro-ph.CO] .
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.