Dark energy from modified gravity

Despite its previous successes, the ΛCDM model of cosmology is facing its strongest challenge yet due to the Hubble tension problem and latest Baryon Acoustic Oscillation (BAO) measurements that prefer dynamical and evolving models of dark energy.In this thesis, we explore the historical notion of "gravity," tracing its evolution from the ancient Greeks to Einstein.We then derive the Friedmann equations from Einstein's theory of gravity that govern the dynamics of our expanding universe.We also look at the observational evidence for a mysterious component of matter known as "dark energy" that is causing the expansion of our universe to accelerate and then examine the cosmological constant as a model of dark energy and its shortcomings.Recently, it has been proposed that the accelerated expansion of the universe could be explained by a theory of modified gravity.Using ideas from quantum cosmology we derive the modified Friedmann equation for the theory.The resulting equation describes a scenario where our universe is constantly merging with "baby universes," resulting in an evolving dark energy with a phantom-like equation of state.We then analyze the implications of this model for both early and late universe cosmology using data from the Planck collaboration, DESI 2024 BAO, and other experiments.We find that the pure baby universe model gives a poor fit to current data compared to ΛCDM.Extending it to include a contribution from the cosmological constant, we find two allowed regions of parameter space: one close to ΛCDM, and another with Λ < 0 plus the exotic dark energy component.The two regions can be significantly favored over ΛCDM, depending on the choice of supernova datasets, and they can ameliorate the Hubble tension to the level of 2σ, depending on the supernova dataset.i Abrégé Malgré ses succès précédents, le modèle cosmologique ΛCDM fait aujourd'hui face à son défi le plus important en raison du problème de la tension de Hubble et des récentes mesures des Oscillations Acoustiques des Baryonique (BAO), qui privilégient des modèles dynamiques et évolutifs de l'énergie sombre.Dans cette thèse, nous explorons la notion historique de la "gravité", en retraçant son évolution depuis les Grecs anciens jusqu'à Einstein.Nous dérivons ensuite les équations de Friedmann à partir de la théorie de la gravité d'Einstein, qui régissent la dynamique de notre univers en expansion.Nous examinons également les preuves observationnelles d'une composante mystérieuse de l'univers appelée "énergie sombre", responsable de l'accélération de cette expansion, puis nous analysons la constante cosmologique en tant que modèle de cette énergie sombre, ainsi que ses limites.Récemment, il a été proposé que l'expansion accélérée de l'univers pourrait être expliquée par une théorie de gravité modifiée.En utilisant des concepts issus de la cosmologie quantique, nous dérivons l'équation de Friedmann modifiée pour cette théorie.L'équation obtenue décrit un scénario dans lequel notre univers fusionne en permanence avec des "bébés univers", entraînant une énergie sombre évolutive dotée d'une équation d'état de type fantôme.Nous analysons ensuite les implications de ce modèle pour la cosmologie de l'univers primordial et tardif en utilisant les données de la collaboration Planck, des BAO de DESI 2024 et d'autres expériences.Nous constatons que le modèle des bébés univers purs s'ajuste mal aux données actuelles par rapport à ΛCDM.En l'étendant pour inclure une contribution de la constante cosmologique, nous identifions deux régions admissibles de l'espace des paramètres : l'une proche de ΛCDM et une autre où Λ < 0 avec une composante exotique d'énergie noire.Ces deux régions peuvent être significativement favorisées par rapport à ΛCDM, en fonction du choix des ensembles de données de supernovae, et elles peuvent atténuer la tension de Hubble jusqu'au niveau de 2σ, selon l'ensemble de données utilisé.

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