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

तकनीकी सारांश: क्वांटम ग्रेविटेशनल फील्ड थ्योरी में इंटरैक्टिंग डार्क एनर्जी के माध्यम से $H_0$ तनाव को कम करना

समस्या विवरण
मानक ब्रह्मांड विज्ञान मॉडल ($\Lambda$CDM) एक महत्वपूर्ण संकट का सामना कर रहा है जिसे $H_0$ तनाव (tension) कहा जाता है, जो कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) डेटा ($H_0 \approx 67.4$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$) से अनुमानित हबल स्थिरांक और SH0ES ($H_0 \approx 73.0$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$) के स्थानीय दूरी माप के बीच $5\sigma$ से अधिक के अंतर को दर्शाता है। हालिया डेटा रिलीज़, विशेष रूप से डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट (DESI) से दूसरा डेटा रिलीज़ (DR2), इस परिदृश्य को और अधिक जटिल बनाता है। जबकि DESI DR2 BAO डेटा, CMB और सुपरनोवा (SN) डेटा के साथ मिलकर डायनामिकल डार्क एनर्जी (विशेष रूप से $w_0w_a$CDM मॉडल) के लिए एक मजबूत प्राथमिकता दिखाता है, यह प्राथमिकता विरोधाभासी रूप से $H_0$ तनाव को बढ़ा देती है, जिससे विसंगति $4.2\sigma$ के स्तर तक पहुँच जाती है। लेखक तर्क देते हैं कि इस तनाव को मानक डायनामिकल डार्क एनर्जी द्वारा नहीं, बल्कि क्वांटम ग्रेविटेशनल फील्ड थ्योरी के एसिम्प्टोटिक सेफ्टी फ्रेमवर्क से प्राप्त इंटरैक्टिंग डार्क एनर्जी मॉडल्स द्वारा कम किया जा सकता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
यह अध्ययन दो इंटरैक्टिंग डार्क एनर्जी मॉडल्स की जांच करता है जो एसिम्प्टोटिक सेफ्टी परिदृश्य से प्रेरित हैं, जहाँ गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक $G$ और कॉस्मोलॉजिकल स्थिरांक $\Lambda$ ऊर्जा पैमाने (रेडशिफ्ट $z$) के साथ स्थिर नहीं रहते बल्कि विकसित होते हैं:

1. $e\Lambda$CDM: एक एक-पैरामीटर विस्तार जहाँ क्रिटिकल इंडिसेस $\delta_G$ (जो $G$ को नियंत्रित करता है) और $\delta_\Lambda$ (जो $\Lambda$ को नियंत्रित करता है) एक निम्न-रेडशिफ्ट बाधा द्वारा संबंधित हैं ($\delta_\Lambda \simeq 0.47 \delta_G$)।
2. $ee\Lambda$CDM: एक दो-पैरामीटर विस्तार जहाँ $\delta_G$ और $\delta_\Lambda$ को स्वतंत्र मुक्त पैरामीटर्स के रूप में माना जाता है।

बैकग्राउंड इवोल्यूशन को संशोधित किया गया है जहाँ $G(z) = G_0(1+z)^{-\delta_G}$ और $\Lambda(z) = \Lambda_0(1+z)^{\delta_\Lambda}$ है। लेखक एक व्यापक डेटासेट संयोजन का उपयोग करके अवलोकनात्मक बाधाओं (observational constraints) का प्रदर्शन करते हैं:

• CMB: प्लैंक (Planck) और ACT DR6 डेटा।
• BAO: DESI DR2 डेटा (गैलेक्सीज़, क्वासार और लाइमन-$\alpha$ फॉरेस्ट)।
• सुपरनोवा: DESY5 और PantheonPlus संकलन।
• स्थानीय हबल (Local Hubble): SH0ES प्रायर ($H_0 = 73.04 \pm 1.04$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$)।

पैरामीटर एस्टीमेशन (अनुमान) कॉबाया (Cobaya) फ्रेमवर्क का उपयोग करके MCMC विश्लेषण के माध्यम से किया जाता है, जो एक संशोधित बॉल्ट्ज़मैन सॉल्वर CAMB के साथ इंटरफेस्ड है। मॉडल के प्रदर्शन का मूल्यांकन मानक $\Lambda$CDM मॉडल के सापेक्ष $\Delta\chi^2_{min}$ और डेविएंस इंफॉर्मेशन क्राइटेरियन (DIC) द्वारा किया जाता है।

मुख्य परिणाम

• $ee\Lambda$CDM का प्रदर्शन: दो-पैरामीटर $ee\Lambda$CDM मॉडल $H_0$ तनाव को कम करने में महत्वपूर्ण क्षमता प्रदर्शित करता है, विशेष रूप से जब SH0ES डेटा शामिल किया जाता है। CMB+DESI+SH0ES के संयोजन में, मॉडल $H_0 = 70.84 \pm 0.74$ km s$^{-1}$ Mpc$^{-1}$ प्रदान करता है, जिससे तनाव घटकर $1.7\sigma$ रह जाता है।
• पैरामीटर बाधाएं (Constraints): यह उच्च $H_0$ मान कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट स्केलिंग पैरामीटर में ऋणात्मक विचलन, $\delta_\Lambda = -0.270 \pm 0.100$, द्वारा संचालित है, जो शून्य से $2.7\sigma$ के स्तर पर विचलित होता है। विश्लेषण $\delta_\Lambda$ और $H_0$ के बीच एक मजबूत एंटी-कोरिलेशन (anti-correlation) प्रकट करता है; एक ऋणात्मक $\delta_\Lambda$ एक गतिशील विकास को दर्शाता है जो प्रभावी कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट को बढ़ाता है, जिससे अनुमानित विस्तार दर बढ़ जाती है।
• $w_0w_a$CDM के साथ तुलना: जबकि DESI डेटा $w_0w_a$CDM मॉडल का पक्ष लेता है, लेखक पाते हैं कि यह मॉडल $H_0$ तनाव को और खराब कर देता (CMB+DESI के साथ $4.2\sigma$ तक पहुँच जाता है)। इसके विपरीत, $ee\Lambda$CDM मॉडल बिना SH0ES के भी मध्यम राहत प्रदान करता है (केवल CMB+DESI के साथ तनाव को $2.9\sigma$ तक कम करता है) और SH0ES शामिल होने पर पर्याप्त राहत देता है।
• सांख्यिकीय प्राथमिकता: $ee\Lambda$CDM मॉडल विशिष्ट डेटासेट संयोजनों के लिए $\Lambda$CDM की तुलना में फिट की गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार दिखाता है। CMB+DESI+SH0ES के लिए, अध्ययन $\Delta\chi^2_{min} = -14.14$ और $\Delta DIC = -9.18$ रिपोर्ट करता है, जो अतिरिक्त मुक्त पैरामीटर के लिए दंडित करने के बाद भी इंटरैक्टिंग मॉडल के लिए एक मजबूत सांख्यिकीय प्राथमिकता का संकेत देता है।
• $e\Lambda$CDM की सीमाएं: एक-पैरामीटर $e\Lambda$CDM मॉडल $\Lambda$CDM की तुलना में केवल मामूली सुधार दिखाता है, जहाँ $\delta_G$ निम्न महत्व स्तरों पर शून्य के अनुरूप रहता है, जिससे यह संकेत मिलता है कि $\Lambda$ का स्वतंत्र विकास (जिसे $\delta_\Lambda$ द्वारा पकड़ा गया है) तनाव को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि $ee\Lambda$CDM मॉडल, जो क्वांटम ग्रेविटी की एसिम्प्टोटिक सेफ्टी में निहित है, मानक $\Lambda$CDM प्रतिमान के लिए एक सम्मोहक विकल्प प्रदान करता है। इसका प्राथमिक महत्व इसकी क्षमता में निहित है जो DESI DR2 डेटा द्वारा सुझाई गई डायनामिकल व्यवहार की प्राथमिकता को समायोजित करने के साथ-साथ $H_0$ तनाव को भी हल करती है, जो एक ऐसा कार्य है जिसे मानक डायनामिकल डार्क एनर्जी मॉडल्स करने में विफल रहते हैं। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि इंटरैक्टिंग डार्क एनर्जी परिदृश्य, विशेष रूप से दो-पैरामीटर विस्तार, न केवल अवलोकनात्मक डेटा को बेहतर ढंग से फिट करता है, बल्कि हबल स्थिरांक के प्रारंभिक-ब्रह्मांड और देर-ब्रह्मांड के मापों के बीच विसंगति को सुलझाने के लिए एक सैद्धांतिक तंत्र ( $\delta_\Lambda$ और $H_0$ के एंटी-कोरिलेशन के माध्यम से) भी प्रदान करता है। यह कार्य सुझाव देता है कि DESI, CMB और SN के भविष्य के संयोजन ऐसे इंटरैक्शन के अस्तित्व और डार्क एनर्जी की प्रकृति का परीक्षण करेंगे।