Alleviating the $H_0$ tension through the interacting dark energy model from quantum gravitational field theory in light of DESI DR2

Resumen Técnico: Alivio de la Tensión de $H_0$ mediante Energía Oscura Interactuante en la Teoría de Campo de la Gravedad Cuántica

Planteamiento del Problema
El modelo cosmológico estándar ($\Lambda$CDM) enfrenta una crisis significativa conocida como la tensión de $H_0$, una discrepancia que supera las $5\sigma$ entre la constante de Hubble inferida de los datos del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) ($H_0 \approx 67.4$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$) y las mediciones locales de la escala de distancia de SH0ES ($H_0 \approx 73.0$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$). Las liberaciones de datos recientes, particularmente la segunda liberación de datos (DR2) del Instrumento de Espectroscopía de Energía Oscura (DESI), han complicado aún más este panorama. Mientras que los datos de DESI DR2 BAO combinados con datos de CMB y Supernovas (SN) muestran una fuerte preferencia por la energía oscura dinámica (específicamente el modelo $w_0w_a$CDM), esta preferencia paradójicamente exacerba la tensión de $H_0$, elevando la discrepancia al nivel de $4.2\sigma$. Los autores postulan que la tensión puede ser aliviada no por la energía oscura dinámica estándar, sino por modelos de energía oscura interactuante derivados del marco de la seguridad asintótica de la teoría de campo de la gravedad cuántica.

Metodología
El estudio investiga dos modelos de energía oscura interactuante motivados por el escenario de la seguridad asintótica, donde la constante de gravitación $G$ y la constante cosmológica $\Lambda$ no son fijas, sino que evolucionan con la escala de energía (redshift $z$):

1. $e\Lambda$CDM: Una extensión de un parámetro donde los índices críticos $\delta_G$ (que gobierna $G$) y $\delta_\Lambda$ (que gobierna $\Lambda$) están relacionados por una restricción de bajo redshift ($\delta_\Lambda \simeq 0.47 \delta_G$).
2. $ee\Lambda$CDM: Una extensión de dos parámetros donde $\delta_G$ y $\delta_\Lambda$ se tratan como parámetros libres independientes.

La evolución del fondo se modifica de tal manera que $G(z) = G_0(1+z)^{-\delta_G}$ y $\Lambda(z) = \Lambda_0(1+z)^{\delta_\Lambda}$. Los autores realizan el control observacional utilizando una combinación exhaustiva de conjuntos de datos:

• CMB: Datos de Planck y ACT DR6.
• BAO: Datos de DESI DR2 (galaxias, cuásares y bosque Lyman-$\alpha$).
• Supernovas: Compilaciones de DESY5 y PantheonPlus.
• Hubble Local: Prior de SH0ES ($H_0 = 73.04 \pm 1.04$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$).

La estimación de parámetros se lleva a cabo mediante un análisis de Monte Carlo por Cadenas de Markov (MCMC) utilizando el marco Cobaya en interfaz con una versión modificada del resolvedor de Boltzmann CAMB. El rendimiento del modelo se evalúa mediante $\Delta\chi^2_{min}$ y el Criterio de Información de Deviance (DIC) en relación con el modelo estándar $\Lambda$CDM.

Resultados Clave

• Rendimiento de $ee\Lambda$CDM: El modelo $ee\Lambda$CDM de dos parámetros demuestra una capacidad significativa para aliviar la tensión de $H_0$, particularmente cuando se incluyen los datos de SH0ES. En la combinación CMB+DESI+SH0ES, el modelo arroja $H_0 = 70.84 \pm 0.74$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$, reduciendo la tensión a $1.7\sigma$.
• Restricciones de Parámetros: Este valor de $H_0$ más alto es impulsado por una desviación negativa en el parámetro de escalamiento de la constante cosmológica, $\delta_\Lambda = -0.270 \pm 0.100$, el cual se desvía de cero al nivel de $2.7\sigma$. El análisis revela una fuerte anticorrelación entre $\delta_\Lambda$ y $H_0$; un $\delta_\Lambda$ negativo implica una evolución dinámica que potencia la constante cosmológica efectiva, aumentando así la tasa de expansión inferida.
• Comparación con $w_0w_a$CDM: Aunque los datos de DESI favorecen el modelo $w_0w_a$CDM, los autores encuentran que este modelo empeora la tensión de $H_0$ (alcanzando $4.2\sigma$ con CMB+DESI). En contraste, el modelo $ee\Lambda$CDM proporciona un alivio moderado incluso sin SH0ES (reduciendo la tensión a $2.9\sigma$ solo con CMB+DESI) y un alivio sustancial cuando se incluye SH0ES.
• Preferencia Estadística: El modelo $ee\Lambda$CDM muestra una marcada mejora en la calidad del ajuste sobre $\Lambda$CDM para combinaciones específicas de conjuntos de datos. Para CMB+DESI+SH0ES, el estudio reporta $\Delta\chi^2_{min} = -14.14$ y $\Delta DIC = -9.18$, lo que indica una fuerte preferencia estadística por el modelo de interacción incluso tras penalizar por el parámetro libre adicional.
• Limitaciones de $e\Lambda$CDM: El modelo $e\Lambda$CDM de un solo parámetro muestra solo mejoras modestas sobre $\Lambda$CDM, con $\delta_G$ siendo consistente con cero en niveles de significancia bajos, lo que sugiere que la evolución independiente de $\Lambda$ (capturada por $\delta_\Lambda$) es crucial para aliviar la tensión.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que el modelo $ee\Lambda$CDM, enraizado en la seguridad asintótica de la gravedad cuántica, ofrece una alternativa convincente al paradigma estándar $\Lambda$CDM. Su principal significancia radica en su capacidad para acomodar simultáneamente la preferencia por el comportamiento dinámico sugerido por los datos de DESI DR2 y resolver la tensión de $H_0$, una hazaña que los modelos estándar de energía oscura dinámica no logran alcanzar. Los autores concluyen que el escenario de energía oscura interactuante, específicamente la extensión de dos parámetros, no solo se ajusta mejor a los datos observacionales, sino que también proporciona un mecanismo teórico (a través de la anticorrelación de $\delta_\Lambda$ y $H_0$) para reconciliar la discrepancia entre las mediciones del universo temprano y del universo tardío de la constante de Hubble. El trabajo sugiere que futuras combinaciones de datos de DESI, CMB y SN probarán más a fondo la existencia de tales interacciones y la naturaleza de la energía oscura.