Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6210_.pdf: 1312449 bytes, checksum: 8170ddee10278351b63b9c04a8d72892 (MD5) Previous issue date: 2012-03-14 / Nesse trabalho consideramos um conjunto de interações entre materia escura e energia escura proporcionais ao produto e/ou potências das densidades de energia e da energia total. Demonstramos que, sob determinadas condições, o estado -nal do Universo difere substancialmente do modelo padrão CDM. Em particular, a razão entre as densidades de energia da materia escura e da energia escura aproximam-se de um valor -nito e estavel ou oscila entorno dele. Soluções estacionarias desse tipo requerem uma equação de estado do tipo fantômica para a energia escura, embora não leve ao Big Rip. Mostramos que a solução analítica de um caso particular e consitente com os dados de supernovas do tipo Ia (SNIa) da amostra UNION2 e para uma classe de interações -temos a classi-cação dos pontos críticos atraves da analise de sistemas dinâmicos segundo sua relevância para o problema da coincidência.

Neste trabalho, estudamos modelos cosmológicos em que a energia escura foi tratada como um campo de matéria que interage com a matéria escura. Três modelos distintos foram considerados. O primeiro trata tanto a matéria escura fria quanto a energia escura como fluidos perfeitos. O termo de interação entre eles é dado por uma expressão com origem fenomenológica que postulamos existir na equação de balanço entre esses dois fluidos. Dadas as equações no universo plano de Friedmann-Robertson-Walker (FRW), pudemos escrever uma versão covariante para as equações de balanço. Com isso, as equações de balanço em um universo de FRW perturbado linearmente foram obtidas. Isso, por sua vez, permitiu que a estabilidade das equações diferenciais obtidas fosse estudada. O segundo modelo tem origem em modelos de f(R). Esses modelos propõem uma generalização da Relatividade Geral ao considerar a ação da gravidade como um funcional do escalar de Ricci, R. Através de uma transformação conforme, foi possível reinterpretar os modelos de f(R) como modelos em que um campo escalar canônico, que representa a energia escura, interage com os campos da matéria. Através do princípio da ação, obtivemos as equações de movimento e o tensor de energia-momento para nosso sistema. Com o campo escalar sendo interpretado como um fluido perfeito, pudemos, por fim, obter equações de balanço entre fluidos perfeitos tanto no nível de fundo quanto no universo perturbado linearmente. O terceiro modelo começa com a lagrangiana, em um espaço-tempo de FRW, de um campo escalar canônico, que representa a energia escura, e um campo fermiônico de spin-1/2, que representa a matéria escura. Um termo de interação de Yukawa entre esses campos foi postulado existir na lagrangiana. Novamente através do princípio da ação, obtivemos as equações de movimento e o tensor de energia-momento para esses campos. Essas equações de movimento puderam, por fim, ser reescritas como equações de balanço entre fluidos perfeitos tanto no nível de fundo quanto no universo perturbado linearmente. / In this work we studied cosmological models in which the dark energy was treated as a field of matter that interacts with dark matter. Three different models were considered. The first one treats both the cold dark matter and the dark energy as perfect fluids. The interaction term between them is given by a expression with phenomenological origin that we postulated to exist in the balance equations between these two fluids. Given the equations in the flat Friedmann-Robertson-Walker (FRW) universe, we wrote a covariant version of the balance equations. Thus, the balance equations in a linearly perturbed FRW universe were obtained. This, in turn, allowed the stability of the obtained differential equations to be studied. The second model comes from f(R) models. These models propose a generalization of General Relativity by considering the action for gravity as a functional of the Ricci scalar, R. Through a conformal transformation, it was possible to reinterpret the f(R) models as models in which a canonical scalar field, which represents the dark energy, interacts with matter fields. Through the principle of least action, we obtained the equations of motion and the energy-momentum tensor for our system. With the scalar field being interpreted as a perfect fluid, we obtained equations of balance for perfect fluids at both the background level and in the linearly perturbed universe. The third model starts with the Lagrangian, in a FRW space-time, of a canonical scalar field, which represents the dark energy, and of a fermionic field of spin-1/2, which represents the dark matter. A Yukawa interaction term between these fields was postulated to exist in the Lagrangian. Again, through the principle of least action, we obtained the equations of motion and the energy-momentum tensor for these fields. These equations of motion could then be rewritten as balance equations for perfect fluids at both the background level and in the linearly perturbed universe.

In this thesis we go beyond the standard cosmological LCDM model and study the effect of an interaction between dark matter and dark energy. Although the LCDM model provides good agreement with observations, it faces severe challenges from a theoretical point of view. In order to solve such problems, we first consider an alternative model where both dark matter and dark energy are described by fluids with a phenomenological interaction given by a combination of their energy densities. In addition to this model, we propose a more realistic one based on a Lagrangian density with a Yukawa-type interaction. To constrain the cosmological parameters we use recent cosmological data, the CMB measurements made by the Planck satellite, as well as BAO, SNIa, H0 and Lookback time measurements. / Nesta tese vamos além do modelo cosmológico padrão, o LCDM, e estudamos o efeito de uma interação entre a matéria e a energia escuras. Embora o modelo LCDM esteja de acordo com as observações, ele sofre sérios problemas teóricos. Com o objetivo de resolver tais problemas, nós primeiro consideramos um modelo alternativo, onde ambas, a matéria e a energia escuras, são descritas por fluidos com uma interação fenomenológica dada como uma combinação das densidades de energia. Além desse modelo, propomos um modelo mais realista baseado em uma densidade Lagrangiana com uma interação tipo Yukawa. Para vincular os parâmetros cosmológicos usamos dados cosmológicos recentes como as medidas da CMB feitas pelo satélite Planck, bem como medidas de BAO, SNIa, H0 e Lookback time.

Propomos um modelo fenomenológico unificado para matéria escura e energia escura, baseado em uma equação de estado com parâmetro w escrito em termos de arco-tangente. Os parâmetros livres do modelo são três constantes: Ωb0, α e β. O parâmetro α dita a taxa de transição entre o período de domínio da matéria e o período de expansão acelerada. A razão β/ α fornece o redshift de equivalência entre os dois regimes. Os parâmetros cosmológicos são fixados pelos dados observacionais de nucleossíntese primordial, supernovas do tipo Ia, explosões de raios gama, oscilações acústicas de bárions e medição do parâmetro de Hubble. Os vários conjuntos de dados são usados em diferentes combinações para ajustar os parâmetros cosmológicos via análise estatística. O Modelo Unificado é comparado ao modelo ΛCDM e suas diferenças são enfatizadas. A análise realizada em background parece indicar que o Modelo Unificado dinâmico é ligeiramente preferível em detrimento do modelo ΛCDM. No entanto, através do desenvolvimento da teoria de perturbação para o nosso Modelo Unificado, concluímos que ele é incapaz de produzir o power spectrum atual das flutuações de densidade. Esta é uma desvantagem possivelmente fatal do nosso modelo, pelo menos na parametrização de w utilizada. / We propose a phenomenological unified model for dark matter and dark energy based on an equation of state parameter w that scales with the arc tangent of the redshift. The free parameters of the model are three constants: Ωb0, α and β. Parameter α dictates the transition rate between the matter dominated era and the accelerated expansion period. The ratio β/α gives the redshift of the equivalence between both regimes. Cosmological parameters are fixed by observational data from Primordial Nucleosynthesis, Supernovae of the type Ia, Gamma-Ray Bursts and Baryon Acoustic Oscillations. The various sets of data are used in different combinations to constraint the parameters through statistical analysis. The unified model is compared to the ΛCDM model and their differences are emphasized. The analysis performed on the background seems to indicate that our dynamical unified model is slightly preferable to the concordance ΛCDM model. However, by developing the perturbation theory for our unified model, we conclude that it is unable to produce the power spectrum of density fluctuation observed today. This is a possibly fatal drawback of our model, at least in the parameterization of w. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Neste trabalho discutimos um modelo baseado em teoria de campos para descrever a energia escura, no qual ela é representada por uma partícula ultra-leve situada em um mínimo metaestável de um potencial. Mostramos que a energia escura neste modelo decai em matéria escura durante o tempo de vida do universo, amenizando o problema da coincidência. / In the present work we discuss a field theory model in which dark energy is described by ultra-light particle situated at a metastable minimum of a potential. We show that dark energy in this model decays into dark matter during a time scale corresponding to the age of the universe, alleviating the coincidence problem.

Orientador: José Geraldo Pereira / Banca: Bruto Max Pimentel Escobar / Banca: Gilberto Medeiros Kremer / Banca: Davi Cabral Rodrigues / Banca: Roldão da Rocha Júnior / Abstract: Due to the existence of an invariant length at the Planck scale, Einstein special relativity breaks down at that scale. A possible solution to this problem is arguably to replace the Poincare-invariant Einstein special relativity by a de Sitter invariant special relativity. Such replacement produces concomitant changes in all relativistic theories, including of course general relativity, which changes to what is called de Sitter modified general relativity, whose gravitational field equation is the de Sitter modified Einstein equation. A crucial property of this theory is that both the background de Sitter curvature and the gravitational dynamical curvature turns out to be included in the same curvature tensor. This means that the cosmological term Λ no longer explicitly appears in Einstein equation, and is consequently not restricted to be constant. In the first part of the thesis, a new definition for black hole entropy is defined. This new notion of entropy is strongly attached to the local symmetry, given the fact to be composed of two parts: the usual translational-related entropy plus an additional piece related to the proper conformal transformation. Also, it is obtained the de Sitter modified Schwarzschild solution, and using this solution we explore the consequences for the definition of entropy, as well as for the thermodynamics of the Schwarzschild-de Sitter system. In the second part the Newtonian limit of the de Sitter modified Einstein equation is obtained, and ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Resumo: Devido a existência de um comprimento invariante na escala de Planck, a relatividade especial de Einstein deixa de ser valida naquela escala. Uma solução possível para esse problema é trocar a relatividade especial de Einstein, a qual tem o grupo de Poincaré como grupo de simetria, por uma relatividade especial invariante sob o grupo de de Sitter. Essa troca ira produzir mudanças concomitantes em todas as teorias relativísticas, incluindo naturalmente a teoria da relatividade geral. Essa teoria da origem ao que denominamos de Sitter modified general relativity, cuja equação para o campo gravitacional foi chamada de de Sitter modified Einstein equation. Uma propriedade crucial dessa teoria é que tanto a curvatura de fundo de de Sitter como a curvatura dinâmica da gravitação estão ambas incluídas no mesmo tensor de curvatura. Isso significa que o termo cosmológico não aparece explicitamente na equação de Einstein, e consequentemente não é restrito a ser uma constante. Trabalhando no contexto da de Sitter modified general relativity, na primeira parte da tese, uma nova definição de entropia para buraco negro é definido. Esta nova noção de entropia está fortemente ligado à simetria local, dado o fato de ser composto por duas partes: uma associada as translação e uma parte adicional relacionada com a transformação conformal. Assim mesmo, nós obtemos a solução de Schwarzschild modificada por de Sitter. Usando essa solução exploramos as consequências para a definição de entropia, bem como para a termodinâmica do sistema de Schwarzschild-de Sitter. Na segunda parte da tese obtemos o limite Newtoniano da de Sitter modified Einstein equation, e usamos as correspondentes equações de Friedmann Newtonianas para estudar o problema da energia escura. Mostramos que essas equações fornecem uma solução ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Neste trabalho discutimos um modelo baseado em teoria de campos para descrever a energia escura, no qual ela é representada por uma partícula ultra-leve situada em um mínimo metaestável de um potencial. Mostramos que a energia escura neste modelo decai em matéria escura durante o tempo de vida do universo, amenizando o problema da coincidência. / In the present work we discuss a field theory model in which dark energy is described by ultra-light particle situated at a metastable minimum of a potential. We show that dark energy in this model decays into dark matter during a time scale corresponding to the age of the universe, alleviating the coincidence problem.

Neste trabalho, estudamos modelos cosmológicos em que a energia escura foi tratada como um campo de matéria que interage com a matéria escura. Três modelos distintos foram considerados. O primeiro trata tanto a matéria escura fria quanto a energia escura como fluidos perfeitos. O termo de interação entre eles é dado por uma expressão com origem fenomenológica que postulamos existir na equação de balanço entre esses dois fluidos. Dadas as equações no universo plano de Friedmann-Robertson-Walker (FRW), pudemos escrever uma versão covariante para as equações de balanço. Com isso, as equações de balanço em um universo de FRW perturbado linearmente foram obtidas. Isso, por sua vez, permitiu que a estabilidade das equações diferenciais obtidas fosse estudada. O segundo modelo tem origem em modelos de f(R). Esses modelos propõem uma generalização da Relatividade Geral ao considerar a ação da gravidade como um funcional do escalar de Ricci, R. Através de uma transformação conforme, foi possível reinterpretar os modelos de f(R) como modelos em que um campo escalar canônico, que representa a energia escura, interage com os campos da matéria. Através do princípio da ação, obtivemos as equações de movimento e o tensor de energia-momento para nosso sistema. Com o campo escalar sendo interpretado como um fluido perfeito, pudemos, por fim, obter equações de balanço entre fluidos perfeitos tanto no nível de fundo quanto no universo perturbado linearmente. O terceiro modelo começa com a lagrangiana, em um espaço-tempo de FRW, de um campo escalar canônico, que representa a energia escura, e um campo fermiônico de spin-1/2, que representa a matéria escura. Um termo de interação de Yukawa entre esses campos foi postulado existir na lagrangiana. Novamente através do princípio da ação, obtivemos as equações de movimento e o tensor de energia-momento para esses campos. Essas equações de movimento puderam, por fim, ser reescritas como equações de balanço entre fluidos perfeitos tanto no nível de fundo quanto no universo perturbado linearmente. / In this work we studied cosmological models in which the dark energy was treated as a field of matter that interacts with dark matter. Three different models were considered. The first one treats both the cold dark matter and the dark energy as perfect fluids. The interaction term between them is given by a expression with phenomenological origin that we postulated to exist in the balance equations between these two fluids. Given the equations in the flat Friedmann-Robertson-Walker (FRW) universe, we wrote a covariant version of the balance equations. Thus, the balance equations in a linearly perturbed FRW universe were obtained. This, in turn, allowed the stability of the obtained differential equations to be studied. The second model comes from f(R) models. These models propose a generalization of General Relativity by considering the action for gravity as a functional of the Ricci scalar, R. Through a conformal transformation, it was possible to reinterpret the f(R) models as models in which a canonical scalar field, which represents the dark energy, interacts with matter fields. Through the principle of least action, we obtained the equations of motion and the energy-momentum tensor for our system. With the scalar field being interpreted as a perfect fluid, we obtained equations of balance for perfect fluids at both the background level and in the linearly perturbed universe. The third model starts with the Lagrangian, in a FRW space-time, of a canonical scalar field, which represents the dark energy, and of a fermionic field of spin-1/2, which represents the dark matter. A Yukawa interaction term between these fields was postulated to exist in the Lagrangian. Again, through the principle of least action, we obtained the equations of motion and the energy-momentum tensor for these fields. These equations of motion could then be rewritten as balance equations for perfect fluids at both the background level and in the linearly perturbed universe.

In this thesis we go beyond the standard cosmological LCDM model and study the effect of an interaction between dark matter and dark energy. Although the LCDM model provides good agreement with observations, it faces severe challenges from a theoretical point of view. In order to solve such problems, we first consider an alternative model where both dark matter and dark energy are described by fluids with a phenomenological interaction given by a combination of their energy densities. In addition to this model, we propose a more realistic one based on a Lagrangian density with a Yukawa-type interaction. To constrain the cosmological parameters we use recent cosmological data, the CMB measurements made by the Planck satellite, as well as BAO, SNIa, H0 and Lookback time measurements. / Nesta tese vamos além do modelo cosmológico padrão, o LCDM, e estudamos o efeito de uma interação entre a matéria e a energia escuras. Embora o modelo LCDM esteja de acordo com as observações, ele sofre sérios problemas teóricos. Com o objetivo de resolver tais problemas, nós primeiro consideramos um modelo alternativo, onde ambas, a matéria e a energia escuras, são descritas por fluidos com uma interação fenomenológica dada como uma combinação das densidades de energia. Além desse modelo, propomos um modelo mais realista baseado em uma densidade Lagrangiana com uma interação tipo Yukawa. Para vincular os parâmetros cosmológicos usamos dados cosmológicos recentes como as medidas da CMB feitas pelo satélite Planck, bem como medidas de BAO, SNIa, H0 e Lookback time.

Orientador: Rogério Rosenfeld / Coorientador: Fernando Saliby de Simoni / Banca: Júlio César Fabris / Banca: Ioav Waga / Banca: Marcos Vinicius Borges Teixeira Lima / Banca: Jospe Geraldo Pereira / Resumo: Nesta tese estudamos previsões sobre os erros nos parâmetros cosmológicos usando a forma integral da função de correlação angular de dois pontos em diferentes cenários para o projeto Dark Energy Survey. O modelo adotado tem 26 parâmetros e inclui efeitos de distorção no redshift, erros gaussianos de redshift fotométrico, viés da distribuição de galáxias e matéria escura e não-linearidade no espectro de potência. A matriz de Fisher foi construída usando a matriz de covariância considerando a correlação entre diferentes faixas de redshift. Mostramos que, sobre alguma hipóteses, o Dark Energy Survey será capaz de vincular o parâmetro da equação de estado de energia escura w e o parâmetro da densidade de matéria escura fria 'Ω IND cdm' com incerteza de 21% e 13% respectivamente. Quando combinamos informações de outras observações a precisão na determinação destes parâmetros aumenta para 11% e 4% respectivamente / Abstract: In this thesis, we study forecasts of cosmological parameters from the upcoming Dark Energy Survey project obtained using the full shape 2-point angular correlation function in different scenarios. The angular correlation function model adopted has 26 parameters and includes the effects of linear redshift space distortion, photometric redshift gaussian errors, galaxy bias and non-linearities in the power spectrum. The Fisher information matrix is constructed with the full covariance matrix, which takes into account the correlation between nearby redshift shells arising from the photometric redshift error. We show that under some resonable assumptions the Dark Energy Survey should be able to constrain the dark energy equation of estate parameter w and the cold dark matter density 'Ω IND cdm' with a precision of the order of 21% and 13% respectively from the full shape of the angular correlation function alone. When combined with priors from other observations the precision in the determination of these parameters increase to 11% and 4% respectively / Doutor