The current cosmological probes have provided a fantastic confirmation of the standard Λ Cold Dark Matter cosmological model, which has been constrained with unprecedented accuracy. However, with the increase of the experimental sensitivity, a few statistically significant tensions between different independent cosmological datasets emerged. While these tensions can be in part the result of systematic errors, the persistence after several years of accurate analysis strongly hints at cracks in the standard cosmological scenario and the need for new physics. In this Letter of Interest we will focus on the 4.4σ tension between the Planck estimate of the Hubble constant H0 and the SH0ES collaboration measurements. After showing the H0 evaluations made from different teams using different methods and geometric calibrations, we will list a few interesting models of new physics that could solve this tension and discuss how the next decade’s experiments will be crucial.

We present constraints on extensions of the minimal cosmological models dominated by dark matter and dark energy, $\Lambda$CDM and $w$CDM, by using a combined analysis of galaxy clustering and weak gravitational lensing from the first-year data of the Dark Energy Survey (DES Y1) in combination with external data. We consider four extensions of the minimal dark energy-dominated scenarios: 1) nonzero curvature $\Omega_k$, 2) number of relativistic species $N_{\rm eff}$ different from the standard value of 3.046, 3) time-varying equation-of-state of dark energy described by the parameters $w_0$ and $w_a$ (alternatively quoted by the values at the pivot redshift, $w_p$, and $w_a$), and 4) modified gravity described by the parameters $\mu_0$ and $\Sigma_0$ that modify the metric potentials. We also consider external information from Planck CMB measurements; BAO measurements from SDSS, 6dF, and BOSS; RSD measurements from BOSS; and SNIa information from the Pantheon compilation. Constraints on curvature and the number of relativistic species are dominated by the external data; when these are combined with DES Y1, we find $\Omega_k=0.0020^{+0.0037}_{-0.0032}$ at the 68% confidence level, and $N_{\rm eff}<3.28\, (3.55)$ at 68% (95%) confidence. For the time-varying equation-of-state, we find the pivot value $(w_p, w_a)=(-0.91^{+0.19}_{-0.23}, -0.57^{+0.93}_{-1.11})$ at pivot redshift $z_p=0.27$ from DES alone, and $(w_p, w_a)=(-1.01^{+0.04}_{-0.04}, -0.28^{+0.37}_{-0.48})$ at $z_p=0.20$ from DES Y1 combined with external data; in either case we find no evidence for the temporal variation of the equation of state. For modified gravity, we find the present-day value of the relevant parameters to be $\Sigma_0= 0.43^{+0.28}_{-0.29}$ from DES Y1 alone, and $(\Sigma_0, \mu_0)=(0.06^{+0.08}_{-0.07}, -0.11^{+0.42}_{-0.46})$ from DES Y1 combined with external data, consistent with predictions from GR.

In this work, we quantify the cosmological signatures of dark energy radiation—a novel description of dark energy, which proposes that the dynamical component of dark energy is comprised of a thermal bath of relativistic particles sourced by thermal friction from a slowly rolling scalar field. For a minimal model with particle production emerging from first principles, we find that the abundance of radiation sourced by dark energy can be as large as ΩDER=0.03, exceeding the bounds on relic dark radiation by three orders of magnitude. Although the background and perturbative evolution of dark energy radiation are distinct from Quintessence, we find that current and near-future cosmic microwave background and supernova data will not distinguish these models of dark energy. We also find that our constraints on all models are dominated by their impact on the expansion rate of the Universe. Considering extensions that allow the dark radiation to populate neutrinos, axions, and dark photons, we evaluate the direct detection prospects of a thermal background comprised of these candidates consistent with cosmological constraints on dark energy radiation. Our study indicates that a resolution of ∼6  meV is required to achieve sensitivity to relativistic neutrinos compatible with dark energy radiation in a neutrino capture experiment on tritium. We also find that dark matter axion experiments lack sensitivity to a relativistic thermal axion background, even if enhanced by dark energy radiation, and dedicated search strategies are required to probe new parameter space. We derive constraints arising from a dark photon background from oscillations into visible photons, and find that viable parameter space can be explored with the late dark energy radiation experiment. Published by the American Physical Society 2024