DOI: https://doi.org/10.1016/j.jheap.2026.100578
تاريخ النشر: 2026-02-07
المؤلف: M. Koussour وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الكون ونظريات الجاذبية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون تسارع الكون في الأوقات المتأخرة من خلال عدسة الجاذبية اللزجة $f(T, L_m)$، حيث يتأثر الفعل الجاذبي بكل من المقياس الالتوائي $T$ ولاغرانجيان المادة $L_m$. من خلال نمذجة الكون كسائل لزج، يقدمون ضغطًا سلبيًا فعالًا يسهل التسارع دون الاعتماد على ثابت كوني. يستخدم المؤلفون نموذجًا خطيًا $f(T, L_m) = \alpha T + \beta L_m$ مع معامل لزوجة ثابت $\zeta = \zeta_0 > 0$، ويقيدون معلمات النموذج باستخدام تحليل مشترك لمجموعات البيانات الرصدية الحديثة، بما في ذلك قياسات معامل هابل، وعينة بانثيون+ من المستعرات العظمى من النوع Ia، وبيانات تذبذبات الصوت الباريونية من DESI، باستخدام نهج سلسلة ماركوف مونت كارلو (MCMC).
المعلمات الأفضل توافقًا التي تم الحصول عليها هي $H_0 = 68.16 \pm 0.65$، $\alpha = 1.53^{+0.49}_{-0.61}$، $\beta = 0.40 \pm 0.96$، و$\zeta_0 = 2.15^{+0.69}_{-0.81}$، والتي تتماشى مع الملاحظات الكونية الحالية. يؤكد معامل التباطؤ $q_0 = -0.33 \pm 0.41$ على التوسع المتسارع المستمر، بينما تنتقل معادلة الحالة الفعالة (EoS) من نظام يشبه المادة عند الانزياحات العالية إلى مرحلة كوانتية في الأوقات المتأخرة. على الرغم من أن معايير المعلومات تشير إلى تفضيل طفيف للنموذج الأبسط $\Lambda$CDM، إلا أن إطار $f(T, L_m)$ اللزج يبقى بديلاً مقنعًا، حيث يفسر بشكل فعال التسارع الكوني من خلال تفاعل اقتران الالتواء والمادة واللزوجة، دون الحاجة إلى ثابت كوني.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية التقدمات الكبيرة في علم الكونيات الرصدي التي غيرت فهمنا لديناميات الكون، مع التركيز بشكل خاص على التوسع المتسارع المنسوب إلى المادة المظلمة (DM) والطاقة المظلمة (DE)، والتي تشكل معًا حوالي 95-96% من كثافة الطاقة في الكون. بينما يصف النموذج القياسي لعلم الكونيات، القائم على النسبية العامة (GR)، العديد من الظواهر الجاذبية بشكل فعال، إلا أنه يواجه صعوبات في طبيعة DM وDE وتوقع التفردات في الزمكان. وقد أدى ذلك إلى استكشاف نظريات بديلة، مثل نموذج ΛCDM القياسي، الذي، على الرغم من نجاحاته، يواجه تحديات مفاهيمية مثل ضبط الدقة ومشاكل التوافق.
تناقش الورقة مجموعة متنوعة من الأطر النظرية التي توسع GR، بما في ذلك جاذبية $f(R)$ وتعميماتها، التي تستبدل المقياس ريتشي بدالة تعسفية لمعالجة الشذوذات الكونية. يتركز التركيز بشكل ملحوظ على الجاذبية التليبارالية، التي تتميز بانحناء صفري و التواء غير صفري، مما يوفر وصفًا هندسيًا مختلفًا للجاذبية. يقترح المؤلفون نموذجًا ضمن فئة جاذبية $f(T, L_m)$، حيث يعتمد لاغرانجيان الجاذبية على كل من المقياس الالتوائي $T$ ولاغرانجيان المادة $L_m$. يتضمن هذا النموذج تأثيرات اللزوجة الكلية، بهدف تفسير التسارع في الأوقات المتأخرة للكون دون ثابت كوني. تتضمن هيكلية الورقة أقسامًا حول صياغة جاذبية $f(T, L_m)$، وديناميات السوائل اللزجة، والقيود الرصدية، والتطور الكوني، في النهاية تسعى إلى التوفيق بين التوقعات النظرية والبيانات الرصدية.
نقاش
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون نموذجًا كونيًا يعتمد على إطار جاذبية $f(T, L_m)$ اللزجة، حيث يتم التعامل مع الكون على أنه مليء بسائل لزج بدلاً من سائل مثالي مثالي. يقدم هذا النهج مصطلح ضغط سلبي فعال يمكن أن يفسر التسارع الملحوظ في الأوقات المتأخرة للكون دون الاعتماد على ثابت كوني. يتميز النموذج بدالة خطية $f(T, L_m) = \alpha T + \beta L_m$، حيث أن $\alpha$ و$\beta$ هما معلمات تحدد التفاعلات بين الالتواء والمادة. يُفترض معامل لزوجة ثابت $\zeta = \zeta_0 > 0$.
يستخدم المؤلفون مجموعات بيانات رصدية حديثة، بما في ذلك قياسات معامل هابل، وعينة بانثيون+ من المستعرات العظمى، وبيانات BAO من مسح DESI، لتقييد معلمات النموذج من خلال تحليل سلسلة ماركوف مونت كارلو (MCMC). القيم الأفضل توافقًا التي تم الحصول عليها هي $H_0 = 68.16 \pm 0.65$ كم/ث/Mpc، $\alpha = 1.53^{+0.49}_{-0.61}$، $\beta = 0.40 \pm 0.96$، و$\zeta_0 = 2.15^{+0.69}_{-0.81}$. تشير هذه النتائج إلى انحراف طفيف عن الجاذبية التليبارالية القياسية، مع لعب اللزوجة دورًا كبيرًا في دفع التسارع الكوني. تتماشى النتائج بشكل جيد مع الملاحظات الكونية الحالية، وخاصة ثابت هابل، الذي يتماشى مع بيانات بلانك، مما يشير إلى أن النموذج اللزج يلتقط بشكل فعال ديناميات التوسع الكوني.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jheap.2026.100578
Publication Date: 2026-02-07
Author(s): M. Koussour et al.
Primary Topic: Cosmology and Gravitation Theories
Overview
In this study, the authors explore late-time cosmic acceleration through the lens of viscous $f(T, L_m)$ gravity, where the gravitational action is influenced by both the torsion scalar $T$ and the matter Lagrangian $L_m$. By modeling the Universe as a bulk viscous fluid, they introduce an effective negative pressure that facilitates acceleration without relying on a cosmological constant. The authors employ a linear model $f(T, L_m) = \alpha T + \beta L_m$ with a constant bulk viscosity coefficient $\zeta = \zeta_0 > 0$, and they constrain the model parameters using a joint analysis of recent observational datasets, including Hubble parameter measurements, the Pantheon+ sample of Type Ia Supernovae, and baryon acoustic oscillation data from DESI, utilizing a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approach.
The best-fit parameters obtained are $H_0 = 68.16 \pm 0.65$, $\alpha = 1.53^{+0.49}_{-0.61}$, $\beta = 0.40 \pm 0.96$, and $\zeta_0 = 2.15^{+0.69}_{-0.81}$, which align with current cosmological observations. The deceleration parameter $q_0 = -0.33 \pm 0.41$ confirms the ongoing accelerated expansion, while the effective equation of state (EoS) transitions from a matter-like regime at high redshifts to a quintessence phase at late times. Although the information criteria indicate a slight preference for the simpler $\Lambda$CDM model, the viscous $f(T, L_m)$ framework remains a compelling alternative, effectively accounting for cosmic acceleration through the interplay of torsion-matter coupling and viscosity, without necessitating a cosmological constant.
Introduction
The introduction of this research paper outlines significant advancements in observational cosmology that have transformed our understanding of the Universe’s dynamics, particularly highlighting the accelerated expansion attributed to dark matter (DM) and dark energy (DE), which together constitute approximately 95-96% of the Universe’s energy density. While the standard model of cosmology, based on general relativity (GR), effectively describes many gravitational phenomena, it struggles with the nature of DM and DE and the prediction of spacetime singularities. This has led to the exploration of alternative theories, such as the standard ΛCDM model, which, despite its successes, faces conceptual challenges like fine-tuning and coincidence problems.
The paper discusses various theoretical frameworks that extend GR, including $f(R)$ gravity and its generalizations, which replace the Ricci scalar with an arbitrary function to address cosmological anomalies. A notable focus is on teleparallel gravity, characterized by zero curvature and non-zero torsion, which offers a different geometric description of gravity. The authors propose a model within the class of $f(T, L_m)$ gravity, where the gravitational Lagrangian depends on both the torsion scalar $T$ and the matter Lagrangian $L_m$. This model incorporates bulk viscosity effects, aiming to explain the late-time acceleration of the Universe without a cosmological constant. The paper’s structure includes sections on the formalism of $f(T, L_m)$ gravity, viscous fluid dynamics, observational constraints, and cosmological evolution, ultimately seeking to reconcile theoretical predictions with observational data.
Discussion
In this study, the authors explore a cosmological model based on the framework of viscous $f(T, L_m)$ gravity, where the Universe is treated as filled with a bulk viscous fluid rather than an ideal perfect fluid. This approach introduces an effective negative pressure term that can explain the observed late-time acceleration of the Universe without relying on a cosmological constant. The model is characterized by a linear function $f(T, L_m) = \alpha T + \beta L_m$, where $\alpha$ and $\beta$ are parameters that quantify the interactions between torsion and matter. A constant bulk viscosity coefficient $\zeta = \zeta_0 > 0$ is assumed.
The authors utilize recent observational datasets, including Hubble parameter measurements, the Pantheon+ sample of supernovae, and BAO data from the DESI survey, to constrain the model parameters through a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis. The best-fit values obtained are $H_0 = 68.16 \pm 0.65$ km/s/Mpc, $\alpha = 1.53^{+0.49}_{-0.61}$, $\beta = 0.40 \pm 0.96$, and $\zeta_0 = 2.15^{+0.69}_{-0.81}$. These results indicate a slight deviation from standard teleparallel gravity, with viscosity playing a significant role in driving cosmic acceleration. The findings align well with current cosmological observations, particularly the Hubble constant, which is consistent with Planck data, suggesting that the viscous model effectively captures the dynamics of cosmic expansion.