O efeito Sunyaev-Zel\'dovich (ESZ) é uma das mais promissoras técnicas de investigação cosmológica envolvendo os aglomerados de galáxias e a radiação cósmica de fundo (RCF). Tal efeito é uma modificação no espectro planckiano da RCF devido à interação dos fótons com os elétrons energéticos que permeiam o meio intra-aglomerado. Nesta tese de doutorado, vinculamos alguns parâmetros cosmológicos e investigamos a estrutura dos aglomerados de galáxias. Para tal, consideramos amostras de aglomerados para os quais existem medidas conjuntas do ESZ e do brilho em Raios-X. Duas amostras são consideradas, a saber: os 25 dados compilados por de De Filippis et al. (2005), na qual os aglomerados são descritos por modelos isotérmicos (esférico e elíptico), e os 38 dados da amostra de Bonamente et al. (2006) que utilizam um modelo esférico, não isotérmico. Inicialmente, nós investigamos as implicações das diferentes descrições na obtenção do parâmetro de Hubble, $H_0$, no contexto do modelo $\\Lambda$CDM plano e em cosmologias mais gerais, como o $XCDM$ plano e $\\Lambda$CDM com curvatura. Os resultados dependem da amostra e das hipóteses subjacentes. Mostramos que a análise conjunta envolvendo o ESZ/Raios-X de aglomerados, as oscilações acústicas dos bárions e o parâmetro de desvio ({\\it shift parameter}) constituem uma técnica interessante para se determinar $H_0$ e que seu valor depende apenas fracamente da curvatura e do parâmetro da equação de estado da energia escura. Analisando as diversas amostras, nós obtemos também que a descrição elíptica de De Filippis et al. (2005) é a que melhor se ajusta com medidas independentes da física de aglomerados. Posteriormente, utilizando dados de aglomerados (ESZ/Raios-X) e adotando uma des\\-crição puramente cinemática do Universo, obtemos que a probabilidade do parâmetro de desaceleração ser negativo é de 92\\% para a amostra de Bonamente et al. (2006) e de 72\\% para o caso elíptico De Filippis et al. (2005). Ainda nesta linha, simulando os resultados dos vários mapeamentos de Sunyaev-Zeldovich que estão em andamento, discutimos a capacidade dessa técnica (em combinação com dados de Raios-X de aglomerados) para vincular parâmetros cosmológicos. Por outro lado, considerando que a obtenção das distâncias de diâmetro angular de aglomerados pela técnica do ESZ/raios-X depende da relação de dua\\-lidade, investigamos as conseqüências desta dependência de duas formas distintas: (i) testando a consistência entre a validade estrita da relação no modelo de concordância cósmica e as suposições utilizadas para descrever os aglomerados, e (ii) Considerando distâncias independentes (luminosidade e diâmetro angular) obtidas das supernovas Ia e dos aglomerados de galáxias, nós propomos um novo teste para a relação de dualidade que além de auto-consistente é independente de modelo cosmológico. Finalmente, para este teste, discutimos também influência dos diferentes tipos de ajuste das curvas de luz de supernovas. Nossos vínculos para $H_0$ e as conseqüências estatísticas baseadas na relação de dualidade, fornecem uma nova evidência de que a verdadeira geometria dos aglomerados tem uma forma elíptica. Tais resultados também reforçam o interesse pela pesquisa observacional de SZE e de raios-X de aglomerados em moderados e altos {\\it redshifts}. / The so-called Sunyaev-Zeldovich effect (SZE) is one of the most promising techniques for cosmological investigations involving galaxy clusters and the cosmic background radiation (CMB). Such an effect is a modification of the Planckian spectrum due to the interaction between the CMB photons and the hot electrons filling the intracluster medium. In this PhD thesis, we constrain some cosmological parameters and investigate the structure of galaxy clusters based on some samples for which the cluster are endowed with simultaneous measurements of SZE and X-ray surface brightness. Two different samples of galaxy clusters are considered, namely: the 25 data compiled by De Fillippis et al. (2005), and the 38 data sample of Bonamente et al. (2006), based on the non-isothermal spherically symmetric model. Initially, we constrain the value of the Hubble parameter, $ H_0 $, by taking into account the different assumptions underlying the galaxy cluster samples in the context of a flat $\\Lambda$CDM model, as well as, for more general cosmologies like the flat XCDM model and $\\Lambda $CDM with curvature. The results depend on the model assumptions and samples. It is also found that a joint analysis involving ESZ/Raios-X of clusters, the baryon acoustic oscillations (BAO) and shift parameter, constitutes an interesting technique for constraining the Hubble parameter and that its value is weekly dependent on the curvature, as well as on the equation of state parameter of the dark energy. By analysing the different samples, we conclude that the elliptical description of the De Filippis et al. (2005) provides the best quality description in comparison with measurements that are independent from galaxy clusters physics. Furthermore, by using galaxy cluster data (SZE/X-ray) and adopting a purely kinematical description for the universal expansion, we obtain that the decelerating parameter is negative with 92 \\% and 72 \\% of the probability by using the Bonamente et al. (2006) and De Filippis et al. (2005) samples, respectively. By simulating future data set, the ability of the ongoing SZE observations to obtain tighter constraints on the expansion history through SZE/X-ray technique is also discussed. On the other hand, since the SZE/X-ray technique for measuring angular diameter distance of clusters depends on the cosmic distance duality relation (DD relation) validity, we investigate the consequences of such a dependence in two distinct ways: (i) we test the consistence between the strict validity of DD relation in the framework of the $\\Lambda$CDM model (WMAP7) and the different assumptions underlying the galaxy cluster geometries, and (ii) we propose a self-consistent and model-independent test for the DD relation by using type Ia supernovae and galaxy clusters data. Finally, for such a test, we also analyse the influence of the different supernovae light curve fitter methods. Our constraints for $H_0$ and the statistical consequences of the distance duality relation provide a new evidence that the true geometry of galaxy clusters is provided by the elliptical form. Such results also reinforce the interest for the observational research involving the Sunyaev-Zeldovich and X-rays from galaxy clusters at moderate and high {\\it redshifts}.

O efeito Sunyaev-Zel\'dovich (ESZ) é uma das mais promissoras técnicas de investigação cosmológica envolvendo os aglomerados de galáxias e a radiação cósmica de fundo (RCF). Tal efeito é uma modificação no espectro planckiano da RCF devido à interação dos fótons com os elétrons energéticos que permeiam o meio intra-aglomerado. Nesta tese de doutorado, vinculamos alguns parâmetros cosmológicos e investigamos a estrutura dos aglomerados de galáxias. Para tal, consideramos amostras de aglomerados para os quais existem medidas conjuntas do ESZ e do brilho em Raios-X. Duas amostras são consideradas, a saber: os 25 dados compilados por de De Filippis et al. (2005), na qual os aglomerados são descritos por modelos isotérmicos (esférico e elíptico), e os 38 dados da amostra de Bonamente et al. (2006) que utilizam um modelo esférico, não isotérmico. Inicialmente, nós investigamos as implicações das diferentes descrições na obtenção do parâmetro de Hubble, $H_0$, no contexto do modelo $\\Lambda$CDM plano e em cosmologias mais gerais, como o $XCDM$ plano e $\\Lambda$CDM com curvatura. Os resultados dependem da amostra e das hipóteses subjacentes. Mostramos que a análise conjunta envolvendo o ESZ/Raios-X de aglomerados, as oscilações acústicas dos bárions e o parâmetro de desvio ({\\it shift parameter}) constituem uma técnica interessante para se determinar $H_0$ e que seu valor depende apenas fracamente da curvatura e do parâmetro da equação de estado da energia escura. Analisando as diversas amostras, nós obtemos também que a descrição elíptica de De Filippis et al. (2005) é a que melhor se ajusta com medidas independentes da física de aglomerados. Posteriormente, utilizando dados de aglomerados (ESZ/Raios-X) e adotando uma des\\-crição puramente cinemática do Universo, obtemos que a probabilidade do parâmetro de desaceleração ser negativo é de 92\\% para a amostra de Bonamente et al. (2006) e de 72\\% para o caso elíptico De Filippis et al. (2005). Ainda nesta linha, simulando os resultados dos vários mapeamentos de Sunyaev-Zeldovich que estão em andamento, discutimos a capacidade dessa técnica (em combinação com dados de Raios-X de aglomerados) para vincular parâmetros cosmológicos. Por outro lado, considerando que a obtenção das distâncias de diâmetro angular de aglomerados pela técnica do ESZ/raios-X depende da relação de dua\\-lidade, investigamos as conseqüências desta dependência de duas formas distintas: (i) testando a consistência entre a validade estrita da relação no modelo de concordância cósmica e as suposições utilizadas para descrever os aglomerados, e (ii) Considerando distâncias independentes (luminosidade e diâmetro angular) obtidas das supernovas Ia e dos aglomerados de galáxias, nós propomos um novo teste para a relação de dualidade que além de auto-consistente é independente de modelo cosmológico. Finalmente, para este teste, discutimos também influência dos diferentes tipos de ajuste das curvas de luz de supernovas. Nossos vínculos para $H_0$ e as conseqüências estatísticas baseadas na relação de dualidade, fornecem uma nova evidência de que a verdadeira geometria dos aglomerados tem uma forma elíptica. Tais resultados também reforçam o interesse pela pesquisa observacional de SZE e de raios-X de aglomerados em moderados e altos {\\it redshifts}. / The so-called Sunyaev-Zeldovich effect (SZE) is one of the most promising techniques for cosmological investigations involving galaxy clusters and the cosmic background radiation (CMB). Such an effect is a modification of the Planckian spectrum due to the interaction between the CMB photons and the hot electrons filling the intracluster medium. In this PhD thesis, we constrain some cosmological parameters and investigate the structure of galaxy clusters based on some samples for which the cluster are endowed with simultaneous measurements of SZE and X-ray surface brightness. Two different samples of galaxy clusters are considered, namely: the 25 data compiled by De Fillippis et al. (2005), and the 38 data sample of Bonamente et al. (2006), based on the non-isothermal spherically symmetric model. Initially, we constrain the value of the Hubble parameter, $ H_0 $, by taking into account the different assumptions underlying the galaxy cluster samples in the context of a flat $\\Lambda$CDM model, as well as, for more general cosmologies like the flat XCDM model and $\\Lambda $CDM with curvature. The results depend on the model assumptions and samples. It is also found that a joint analysis involving ESZ/Raios-X of clusters, the baryon acoustic oscillations (BAO) and shift parameter, constitutes an interesting technique for constraining the Hubble parameter and that its value is weekly dependent on the curvature, as well as on the equation of state parameter of the dark energy. By analysing the different samples, we conclude that the elliptical description of the De Filippis et al. (2005) provides the best quality description in comparison with measurements that are independent from galaxy clusters physics. Furthermore, by using galaxy cluster data (SZE/X-ray) and adopting a purely kinematical description for the universal expansion, we obtain that the decelerating parameter is negative with 92 \\% and 72 \\% of the probability by using the Bonamente et al. (2006) and De Filippis et al. (2005) samples, respectively. By simulating future data set, the ability of the ongoing SZE observations to obtain tighter constraints on the expansion history through SZE/X-ray technique is also discussed. On the other hand, since the SZE/X-ray technique for measuring angular diameter distance of clusters depends on the cosmic distance duality relation (DD relation) validity, we investigate the consequences of such a dependence in two distinct ways: (i) we test the consistence between the strict validity of DD relation in the framework of the $\\Lambda$CDM model (WMAP7) and the different assumptions underlying the galaxy cluster geometries, and (ii) we propose a self-consistent and model-independent test for the DD relation by using type Ia supernovae and galaxy clusters data. Finally, for such a test, we also analyse the influence of the different supernovae light curve fitter methods. Our constraints for $H_0$ and the statistical consequences of the distance duality relation provide a new evidence that the true geometry of galaxy clusters is provided by the elliptical form. Such results also reinforce the interest for the observational research involving the Sunyaev-Zeldovich and X-rays from galaxy clusters at moderate and high {\\it redshifts}.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T19:37:30Z No. of bitstreams: 1 GIVAL PORDEUS DA SILVA NETO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2015.pdf: 4886479 bytes, checksum: 8589cc7f91d5dab59210f3bf9b9a3d97 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T19:37:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GIVAL PORDEUS DA SILVA NETO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2015.pdf: 4886479 bytes, checksum: 8589cc7f91d5dab59210f3bf9b9a3d97 (MD5) Previous issue date: 2015-05-08 / Capes / A constante de Hubble (H0) é considerada fundamental na cosmologia. Ela é crucial para qualquer modelo cosmológico moderno, pois está relacionada com diversas grandezas cosmológicas, portanto, é de extrema importância a determinação mais restritiva e acurada possível do seu valor. A mais recente estimativa de H0 a partir de métodos locais (z 1), H0 = 73:8 2; 4 kms􀀀1Mpc􀀀1, e a partir de redshifts muito altos (z ' 1070), H0 = 67; 3 1; 2 kms􀀀1Mpc􀀀1, são discrepantes em um nível de con fiança de 2; 4 . Dentro deste contexto, Lima e Cunha (LC), a m de lançar alguma luz sobre este problema, derivou uma nova determinação de H0 utilizando quatro testes cosmológicos em redshifts intermediários (z 1), com base no chamado modelo CDM Plano. Eles obtiveram H0 = 74; 1 2; 2 kms􀀀1Mpc􀀀1, em pleno acordo com as medições locais. Neste trabalho, exploramos a robustez do resultado de LC, procurando por erros sistemáticos e a sua dependência com o modelo cosmológico usado. Nós constatamos que o valor H0 a partir desta análise conjunta é muito fracamente dependente de modelos cosmológico, mas a morfologia adotada para inferir o raio central dos aglomerados de galáxias, altera o resultado, sendo a principal fonte de erros sistemáticos. Concluímos que uma melhor compreensão da morfologia dos aglomerados é fundamental para transformar esse método em um poderoso estimador de H0. / The Hubble constant (H0) is considered a fundamental constant of cosmology. It is crucial for any modern cosmological model, it is related to various cosmological quantities, so it is extremely important a restrictive and accurate determination of its value. The most recent estimate of H0 from local observations (z 1), H0 = 73:8 2; 4 kms􀀀�1Mpc􀀀�1, and from high redshifts (z ' 1070), H0 = 67; 3 1; 2 kms􀀀�1Mpc􀀀�1, are discrepant in a con dence level of 2; 4 . Within this context, Cunha and Lima (LC), in order to shed some light on this problem, derived a new determination of H0 using four cosmological tests at intermediate redshifts (z 1), based on the model called Flat CDM. They obtained H0 = 74; 1 2; 2 kms􀀀�1Mpc􀀀�1, in full agreement with local measurements. In this work, we explore the robustness of the result LC looking for systematic errors and its dependence on the cosmological model used. We found that the H0 value from this combined analysis is very weakly dependent on the underlying cosmological model, but the morphology adopted to infer the core radius of galaxy clusters, changes the estimates being the main source of systematic errors. Hence, we conclude that a better understanding of the morphology of the clusters is essential to transform this method in a powerful cross-check to H0.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T17:24:51Z No. of bitstreams: 1 LEONARDO RIBEIRO COLAÇO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2016.pdf: 3372949 bytes, checksum: 8387f15d435a4dd929618ecca701927e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T17:24:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LEONARDO RIBEIRO COLAÇO – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2016.pdf: 3372949 bytes, checksum: 8387f15d435a4dd929618ecca701927e (MD5) Previous issue date: 2018 / Capes / As teorias cosmológicas mais comumente aceitas são baseadas no pressuposto de que as constantes fundamentais da natureza, como a constante gravitacional G, a constante de estrutura fina α, entre outras, são de fato constantes. Sendo assim, a suposição de que essas constantes não variam no espaço-tempo é apenas uma hipótese, precisando então ser comprovada a partir de dados experimentais. Neste trabalho, propomos um novo método, independente de modelo cosmológico, capaz de investigar uma possível variação como redshift da constante de estrutura fina, α=е2 /hc, onde é a carga elementar, h é a constante de Planck dividida por 2 π e c é a velocidade da luz. Para tal fim, mostramos também que a técnica combinada do Efeito Sunyaev-Zel'dovich (ESZ) como Brilho Superficial em raios-X (SX) para se medir Distância de Diâmetro Angular (DDA) dos Aglomerados de Galáxias (AG) é dependente da constante de estrutura fina. Mais precisamente,se = 0 (z), argumentamos que os dados atuais dessa técnica fornecem DobsA (z) = 2(z)DA(z), onde DA(z) é a verdadeira DDA para o aglomerado de galáxias e (z) é o campo escalar Dilaton que governa uma possível variação em α. Considerando uma amostra de 25 medidas de DobsA (z), feitas por De Filippis et al. (2005),via ESZ/SX na faixa de redshift 0; 023 < zAG < 0; 784 e estimando medidas de DA(z) do assim chamado Union 2.1 Compilation de Super nova e tipoIa (SNeIa), onde o redshift das SNeIa foram cuidadosamente selecionados para coincidir como redshift do aglomerado de galáxias associado com a maior diferença de redshift obedece a jzAG 􀀀 zSNej < 0; 005. Portanto, foi possível atribuir algumas restrições sobre uma possível variação de α para uma classe de Modelos Dilaton Run away, (z) =1􀀀 ln (1+ z). Nossas análises mostraram que = 􀀀0; 037 0; 157 em 1 , ou seja, nossas análises são compatíveis com uma não variação da constante de estrutura fina. / The most common accepted cosmological theories are base don the assumption that the fundamental constants of nature, suchas the gravitational constant G, the new structure constant α, and others, are infact constant. Thus, the assumption that these constants do not vary with time or space is only a hypothesis, then it needs to be confirmed from experimental data. In this paper, we propose a new method, independent of cosmological models, which is cap able to investigate a possible variation with redshift of the new structure constant, α = e2=hc, where e is the elementary charge, h is Planck's constant over 2π and c is the speed of light. For that purpose, we also show that the combined technique between Sunyaev-Zel'doviche effect (SZE) and X-ray surface brightness (SX) to measure Angular Diameter Distance (ADD) of Galaxy Clusters (GC), dependents on the new structure constant. More precisely, if α = α0 (z) we argue that the current data of this technique gives DobsA (z) = 2(z)DA(z), where DA(z) is the true ADD for galaxy clustersand (z) is the dilatons calareld that governs a possible variation of α. We considere da sample of 25 measurements of Dobs A (z), made by De Filipp is e tal. (2005),via ESZ/SX in the range of redshift 0:023 < zGC < 0:784 and we also estimated DA(z) from the so-called Union 2.1 Super novaeIa(SNEIa) Compilation,where the SNeIa redshifts were carefully selected to match the one soft he as sociated galaxy cluster with the larger redshiftd iαe rencefollows jzGC 􀀀� zSNej < 0:005. There for e,it was possible to put some constraints on a possible variation of α for a class of Dilaton Run a way Model, (z) =1 􀀀� ln (1+ z). We obtained = 􀀀�0; 037 0; 157 in1 , i.e.,our analysis is compatible with an on variation of the new structure constant.