Experimentos modernos com observações das posições e redshifts de galáxias em grandes áreas do céu representam uma poderosa ferramenta para a investigação de modelos cosmológicos. Entretanto, estas observações trazem consigo novos desafios práticos e teóricos para a extração da informação contida nos dados. Esta dissertação faz uma revisão da interpretação teórica da aglomeração de galáxias e dos efeitos de lenteamento gravitacional fraco por estruturas em largas escalas no Universo, no contexto de modelos cosmológicos FLRW. Esta interpretação e geral, na medida em que os efeitos da curvatura espacial são apropriadamente considerados, sendo portanto verdadeiros para Universos FLRW com conteúdos arbitrários de matéria e energia escura. Neste contexto, consideramos a estatística de dois pontos no espaço de configurações e no espaço harmônico, obtendo formulas gerais para a função de correlação de dois pontos no espaço real e no espaço de redshifts. Incluímos ainda efeitos de grandes ângulos e consideramos a aproximação de observador distante de forma apropriada. Uma característica importante de levantamentos fotométricos de galáxias e a de que eles vão ganhar em área e profundidade, em troca de uma pior determinação das posições radiais. Neste contexto, uma técnica padrão para extração de informação cosmológica dos dados consiste em dividir as galáxias em bins de redshift, de forma a assim usar a função de correlação angular (ACF) w() e o espectro de potencias angular (APS) C. Nesta dissertação também tratamos o problema de vincular parâmetros cosmológicos usando técnicas de inferência estatística Bayesiana a partir das medidas da ACF e do APS em grandes escalas. Diferentes técnicas computacionais são discutidas e um modelo detalhado para a ACF em grandes escalas ´e apresentado, incluindo todos os efeitos relevantes, como não-linearidades gravitacionais, o bias, distorções no espaço de redshift, e incertezas nas estimativas de redshifts (photo-zs). Apresentamos uma analise da ACF em grandes escalas para galáxias do CMASS, um catalogo de redshifts fotométricos baseado no Data Release 8 do Sloan Digital Sky Survey- III, mostrando que a ACF pode ser eficientemente aplicada para vincular cosmologia em levantamentos fotométricos do futuro. Também apresentamos uma analise similar em dados simulados do Dark Energy Survey, mostrando que no futuro próximo tal analise nos permitira vincular modelos cosmológicos com precisão ainda maior. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar sobre correlações angulares de posição e shear no espaço harmônico para as simulações Onion. / Modern wide-area multi-color deep galaxy redshift surveys provide a powerful tool to probe cosmological models. Yet they bring new practical and theoretical challenges in order to exploit the information contained in their data. This dissertation reviews the theoretical interpretation of clustering of galaxies and shear/convergence weak lensing effects by the large scale structure of the Universe in the context of FLRW cosmological models. This interpretation is general in the sense that the effects of the spatial curvature are properly taken into account, thus holding for FLRW Universes with arbitrary content of matter and dark energy. In this context, we consider two-point statistics both in configuration and harmonic spaces, providing general formulae for the two-point correlation function in real and redshift space. We further include wide angle effects and consider the proper distant observer approximation. One main characteristic of photometric galaxy surveys is that they will gain in area and depth, in exchange for a poorer determination of radial positions. In this context splitting the data into redshift bins and using the angular correlation function (ACF) w() and the angular power spectrum (APS) C constitutes a standard approach to extract cosmological information. This dissertation also addresses the problem of constraining cosmological parameters using Bayesian inference techniques from measurements of the ACF and the APS on large scales. Different computational approaches are discussed to accomplish this goal and a detailed model for the ACF at large scales is presented including all relevant effects, namely nonlinear gravitational clustering, bias, redshift-space distortions and photo-z uncertainties. We present an analysis of the large scale ACF of the CMASS luminous galaxies, a photometric-redshift catalogue based on the Data Release 8 (DR8) of the Sloan Digital Sky Survey-III, showing that the ACF can be efficiently applied to constrain cosmology in future photometric galaxy surveys. We also present a similar analysis on simulated data from the Dark Energy Survey (DES), showing that in the near future such analysis will allow us to constrain cosmological models with even high precision. Finally, we also present preliminary work on the position and shear angular correlations in harmonic space for the Onion simulations.

The dynamics of formation of the observed large-scale structures, along with dark matter, dark energy, the accelerated expansion of the universe and their inter-connections remain as some of the biggest puzzles of modern cosmology and have been extensively investigated over the last years. In particular, understanding the nature of cosmic acceleration foresees important implications for Cosmology, Gravitation and Particle Physics, among others. Complementary cosmological probes from large photometric and spectroscopic galaxy surveys, such as DES and eBOSS, represent a powerful approach to these problems, while simultaneously offering new practical and theoretical challenges for exploiting the information contained in observed data. In this work, we present three analyses of the large scale structure of the universe in the context of two galaxy surveys, the DES and the eBOSS, by measuring clustering signal of tracers for the matter distribution using different approaches to their two-point correlation function and power spectrum. In the context of BOSS-eBOSS, we present contributions to some of the first analyses of the clustering signal in configuration space of ELGs and LRGs with early eBOSS data and their interpretation and comparison with previous data and theoretical models. In the context of DES, we present measurements of the galaxy angular power spectrum of galaxies using data from the first year of observations and use these measurements to search for the BAO feature in harmonic space. This work is part of the DES effort for the analysis of the BAO feature in Y1 data. / A dinâmica da formação de estruturas em larga escala no universo, assim como a matéria escura, a energia escura, a expansão acelerada do universo e suas inter-relações permanecem atualmente como grandes desafios da cosmologia moderna e tem motivado numerosos estudos na última década. Em particular, a compreensão da aceleração cósmica prenuncia implicações importantes que podem revolucionar as teorias da cosmologia, gravitação e física de partículas elementares, entre outras. Testes cosmológicos complementares em grandes levantamentos de galáxias óticos e espectroscópicos, como o DES e o eBOSS representam uma abordagem poderosa para estes problemas e, ao mesmo tempo, oferecem novos desafios práticos e teóricos para extrair a informação contida nos dados. Neste trabalho, apresentamos análises da estrutura de larga escala do universo no contexto de dois levantamentos de galáxias, o DES e o eBOSS, medindo o sinal de aglomeração de traçadores para a distribuição de matéria usando diferentes abordagens para sua função de correlação de dois pontos e espectro de potências. No contexto do BOSS-eBOSS, apresentamos contribuições para algumas das primeiras análises do sinal de clustering no espaço de configuração de ELGs e LRGs com dados tempranos do eBOSS e sua interpretação e comparação com dados anteriores e modelos teóricos. No contexto do DES, apresentamos medições do espectro de potência angular de galáxias usando dados do primeiro ano (Y1) de observações e utilizamos estas medidas para estudar o sinal de BAO no espaço harmônico. Este trabalho faz parte do esforço do DES para a análise do sinal de BAO em dados Y1.

Recentes observações astrofísicas, em especial de supernovas tipo Ia e das anisotropias da radiação cósmica de fundo, indicam que recentemente na história do universo um tipo desconhecido de energia passou a dominar sua evolução induzindo uma expansão acelerada. Esta componente misteriosa ficou conhecida como energia escura. Nosso objetivo é o estudo da energia escura, através de modelos com constante cosmológica, campo escalar canônico e com o campo de Born-Infeld. Para os modelos com campo escalar, usando potenciais tipo lei de potência, estudamos soluções atratoras para a evolução homogênea. Também estudamos, na aproximação de largas escalas, soluções atratoras para as perturbações dos campos escalares. Mostramos que, para modelos de energia escura com campo escalar canônico, as soluções atratoras a nível perturbativo não geram modos de isocurvatura. Para o campo de Born-Infeld, fazemos uma análise de estabilidade de suas soluções atratoras a nível perturbativo, determinamos em que circunstâncias elas podem gerar modos de isocurvatura. Para os modelos de energia escura mais realistas, estes modos tendem a ser pequenos. / Recent astrophysical observations, specially supernova type Ia and cosmic microwave back­ ground anisotropies, indicate that recently in the history of the universe, some unknown type of energy is dominating its evolution and inducing an accelerated expansion. This mysterious component has been named dark energy. Our aim is to study dark energy, by using cosmological constant, canonical scalar field and Born-Infeld scalar field models. In the models with scalar field, using power law potentials, we study attractor solutions for the homogeneous evolution. We also study, in the large scale approximation, attractor solutions for the scalar field perturbations. We show that, for models with canonical sca­ lar field , the attractor solutions for its perturbations do not generate isocurvature modes. For the Born-Infeld scalar field, we analyze the stability of its attractor solutions in the perturbative levei, and we determine in which case they can generate isocurvature modes. For the more realistic dark energy models, these modes tend to be small.

Recentes observações astrofísicas, em especial de supernovas tipo Ia e das anisotropias da radiação cósmica de fundo, indicam que recentemente na história do universo um tipo desconhecido de energia passou a dominar sua evolução induzindo uma expansão acelerada. Esta componente misteriosa ficou conhecida como energia escura. Nosso objetivo é o estudo da energia escura, através de modelos com constante cosmológica, campo escalar canônico e com o campo de Born-Infeld. Para os modelos com campo escalar, usando potenciais tipo lei de potência, estudamos soluções atratoras para a evolução homogênea. Também estudamos, na aproximação de largas escalas, soluções atratoras para as perturbações dos campos escalares. Mostramos que, para modelos de energia escura com campo escalar canônico, as soluções atratoras a nível perturbativo não geram modos de isocurvatura. Para o campo de Born-Infeld, fazemos uma análise de estabilidade de suas soluções atratoras a nível perturbativo, determinamos em que circunstâncias elas podem gerar modos de isocurvatura. Para os modelos de energia escura mais realistas, estes modos tendem a ser pequenos. / Recent astrophysical observations, specially supernova type Ia and cosmic microwave back­ ground anisotropies, indicate that recently in the history of the universe, some unknown type of energy is dominating its evolution and inducing an accelerated expansion. This mysterious component has been named dark energy. Our aim is to study dark energy, by using cosmological constant, canonical scalar field and Born-Infeld scalar field models. In the models with scalar field, using power law potentials, we study attractor solutions for the homogeneous evolution. We also study, in the large scale approximation, attractor solutions for the scalar field perturbations. We show that, for models with canonical sca­ lar field , the attractor solutions for its perturbations do not generate isocurvature modes. For the Born-Infeld scalar field, we analyze the stability of its attractor solutions in the perturbative levei, and we determine in which case they can generate isocurvature modes. For the more realistic dark energy models, these modes tend to be small.

Experimentos modernos com observações das posições e redshifts de galáxias em grandes áreas do céu representam uma poderosa ferramenta para a investigação de modelos cosmológicos. Entretanto, estas observações trazem consigo novos desafios práticos e teóricos para a extração da informação contida nos dados. Esta dissertação faz uma revisão da interpretação teórica da aglomeração de galáxias e dos efeitos de lenteamento gravitacional fraco por estruturas em largas escalas no Universo, no contexto de modelos cosmológicos FLRW. Esta interpretação e geral, na medida em que os efeitos da curvatura espacial são apropriadamente considerados, sendo portanto verdadeiros para Universos FLRW com conteúdos arbitrários de matéria e energia escura. Neste contexto, consideramos a estatística de dois pontos no espaço de configurações e no espaço harmônico, obtendo formulas gerais para a função de correlação de dois pontos no espaço real e no espaço de redshifts. Incluímos ainda efeitos de grandes ângulos e consideramos a aproximação de observador distante de forma apropriada. Uma característica importante de levantamentos fotométricos de galáxias e a de que eles vão ganhar em área e profundidade, em troca de uma pior determinação das posições radiais. Neste contexto, uma técnica padrão para extração de informação cosmológica dos dados consiste em dividir as galáxias em bins de redshift, de forma a assim usar a função de correlação angular (ACF) w() e o espectro de potencias angular (APS) C. Nesta dissertação também tratamos o problema de vincular parâmetros cosmológicos usando técnicas de inferência estatística Bayesiana a partir das medidas da ACF e do APS em grandes escalas. Diferentes técnicas computacionais são discutidas e um modelo detalhado para a ACF em grandes escalas ´e apresentado, incluindo todos os efeitos relevantes, como não-linearidades gravitacionais, o bias, distorções no espaço de redshift, e incertezas nas estimativas de redshifts (photo-zs). Apresentamos uma analise da ACF em grandes escalas para galáxias do CMASS, um catalogo de redshifts fotométricos baseado no Data Release 8 do Sloan Digital Sky Survey- III, mostrando que a ACF pode ser eficientemente aplicada para vincular cosmologia em levantamentos fotométricos do futuro. Também apresentamos uma analise similar em dados simulados do Dark Energy Survey, mostrando que no futuro próximo tal analise nos permitira vincular modelos cosmológicos com precisão ainda maior. Finalmente, apresentamos um trabalho preliminar sobre correlações angulares de posição e shear no espaço harmônico para as simulações Onion. / Modern wide-area multi-color deep galaxy redshift surveys provide a powerful tool to probe cosmological models. Yet they bring new practical and theoretical challenges in order to exploit the information contained in their data. This dissertation reviews the theoretical interpretation of clustering of galaxies and shear/convergence weak lensing effects by the large scale structure of the Universe in the context of FLRW cosmological models. This interpretation is general in the sense that the effects of the spatial curvature are properly taken into account, thus holding for FLRW Universes with arbitrary content of matter and dark energy. In this context, we consider two-point statistics both in configuration and harmonic spaces, providing general formulae for the two-point correlation function in real and redshift space. We further include wide angle effects and consider the proper distant observer approximation. One main characteristic of photometric galaxy surveys is that they will gain in area and depth, in exchange for a poorer determination of radial positions. In this context splitting the data into redshift bins and using the angular correlation function (ACF) w() and the angular power spectrum (APS) C constitutes a standard approach to extract cosmological information. This dissertation also addresses the problem of constraining cosmological parameters using Bayesian inference techniques from measurements of the ACF and the APS on large scales. Different computational approaches are discussed to accomplish this goal and a detailed model for the ACF at large scales is presented including all relevant effects, namely nonlinear gravitational clustering, bias, redshift-space distortions and photo-z uncertainties. We present an analysis of the large scale ACF of the CMASS luminous galaxies, a photometric-redshift catalogue based on the Data Release 8 (DR8) of the Sloan Digital Sky Survey-III, showing that the ACF can be efficiently applied to constrain cosmology in future photometric galaxy surveys. We also present a similar analysis on simulated data from the Dark Energy Survey (DES), showing that in the near future such analysis will allow us to constrain cosmological models with even high precision. Finally, we also present preliminary work on the position and shear angular correlations in harmonic space for the Onion simulations.

Modern Cosmology offers us a great understanding of the universe with striking precision, made possible by the modern technologies of the newest generations of telescopes. The standard cosmological model, however, is not absent of theoretical problems and open questions. One possibility that has been put forward is the existence of a coupling between dark sectors. The idea of an interaction between the dark components could help physicists understand why we live in an epoch of the universe where dark matter and dark energy are comparable in terms of energy density, which can be regarded as a strange coincidence given that their time evolutions are completely different. Dark matter and dark energy are generally treated as perfect fluids. Interaction is introduced when we allow for a non-zero term in the right-hand side of their individual energy-momentum tensor conservation equations. We proceed with a phenomenological approach to test models of interaction with observations of redshift-space distortions. In a flat universe composed only of these two fluids, we consider separately two forms of interaction, through terms proportional to the densities of both dark energy and dark matter. An analytic expression for the growth rate approximated as f = Omega^gamma, where Omega is the percentage contribution from the dark matter to the energy content of the universe and gamma is the growth index, is derived in terms of the interaction strength and of other parameters of the model in the first case, while for the second model we show that a non-zero interaction cannot be accommodated by the index growth approximation. The successful expressions obtained are then used to compare the predictions with growth of structure observational data in a Markov Chain Monte Carlo code and we find that the current growth data alone cannot impose constraints on the interaction strength due to their large uncertainties. We also employ observations of galaxy clusters to assess their virial state via the modified Layzer-Irvine equation in order to detect signs of an interaction. We obtain measurements of observed virial ratios, interaction strength, rest virial ratio and departure from equilibrium for a set of clusters. A compounded analysis indicates an interaction strength of 0.29^{+2.25}_{-0.40}, compatible with no interaction, but a compounded rest virial ratio of 0.82^{+0.13}_{-0.14}, which means a 2 sigma confidence level detection. Despite this tension, the method produces encouraging results while still leaves room for improvement, possibly by removing the assumption of small departure from equilibrium. / A cosmologia moderna oferece um ótimo entendimento do universo com uma precisão impressionante, possibilitada pelas tecnologias modernas das gerações mais novas de telescópios. O modelo cosmológico padrão, porém, não é livre de problemas do ponto de vista teórico, deixando perguntas ainda sem respostas. Uma possibilidade que tem sido proposta é a existência de um acoplamento entre setores escuros. A ideia de uma interação entre os componentes escuros poderia ajudar os físicos a entender por que vivemos em uma época do universo na qual a matéria escura e a energia escura são comparáveis em termos de densidades de energia, o que pode ser considerado uma estranha coincidência dado que suas evoluções com o tempo são completamente diferentes. Matéria escura e energia escura são geralmente tratadas como fluidos perfeitos. A interação é introduzida ao permitirmos um tensor não nulo no lado direito das equações de conservação dos tensores de energia-momento. Prosseguimos com uma abordagem fenomenológica para testar modelos de interação com observações de distorções no espaço de redshift. Em um universo plano composto apenas por esses dois fluidos, consideramos, separadamente, duas formas de interação, através de termos proporcionais às densidades de energia escura e de matéria escura. Uma expressão analítica para a taxa de crescimento aproximada por f = Omega^gamma, onde Omega é a contribuição percentual da matéria escura para o conteúdo do universo e gamma é o índice de crescimento, é deduzida em termos da interação e de outros parâmetros do modelo no primeiro caso, enquanto para o segundo caso mostramos que uma interação não nula não pode ser acomodada pela aproximação do índice de crescimento. As expressões obtidas são então utilizadas para comparar as previsões com dados observacionais de crescimento de estruturas em um programa para Monte Carlo via cadeias de Markov. Concluímos que tais dados atuais por si só não são capazes de restringir a interação devido às suas grandes incertezas. Utilizamos também observações de aglomerados de galáxias para analisar seus estados viriais através da equação de Layzer-Irvine modificada a fim de detectar sinais de interação. Obtemos medições de taxas viriais observadas, constante de interação, taxa virial de equilíbrio e desvio do equilíbrio para um conjunto de aglomerados. Uma análise combinada indica uma constante de interação 0.29^{+2.25}_{-0.40}, compatível com zero, mas uma taxa virial de equilíbrio combinada de 0.82^{+0.13}_{-0.14}, o que significa uma detecção em um intervalo de confiança de 2 sigma. Apesar desta tensão, o método produz resultados encorajadores enquanto ainda permite melhorias, possivelmente pela remoção da suposição de pequenos desvios do equilíbrio.

Modern Cosmology offers us a great understanding of the universe with striking precision, made possible by the modern technologies of the newest generations of telescopes. The standard cosmological model, however, is not absent of theoretical problems and open questions. One possibility that has been put forward is the existence of a coupling between dark sectors. The idea of an interaction between the dark components could help physicists understand why we live in an epoch of the universe where dark matter and dark energy are comparable in terms of energy density, which can be regarded as a strange coincidence given that their time evolutions are completely different. Dark matter and dark energy are generally treated as perfect fluids. Interaction is introduced when we allow for a non-zero term in the right-hand side of their individual energy-momentum tensor conservation equations. We proceed with a phenomenological approach to test models of interaction with observations of redshift-space distortions. In a flat universe composed only of these two fluids, we consider separately two forms of interaction, through terms proportional to the densities of both dark energy and dark matter. An analytic expression for the growth rate approximated as f = Omega^gamma, where Omega is the percentage contribution from the dark matter to the energy content of the universe and gamma is the growth index, is derived in terms of the interaction strength and of other parameters of the model in the first case, while for the second model we show that a non-zero interaction cannot be accommodated by the index growth approximation. The successful expressions obtained are then used to compare the predictions with growth of structure observational data in a Markov Chain Monte Carlo code and we find that the current growth data alone cannot impose constraints on the interaction strength due to their large uncertainties. We also employ observations of galaxy clusters to assess their virial state via the modified Layzer-Irvine equation in order to detect signs of an interaction. We obtain measurements of observed virial ratios, interaction strength, rest virial ratio and departure from equilibrium for a set of clusters. A compounded analysis indicates an interaction strength of 0.29^{+2.25}_{-0.40}, compatible with no interaction, but a compounded rest virial ratio of 0.82^{+0.13}_{-0.14}, which means a 2 sigma confidence level detection. Despite this tension, the method produces encouraging results while still leaves room for improvement, possibly by removing the assumption of small departure from equilibrium. / A cosmologia moderna oferece um ótimo entendimento do universo com uma precisão impressionante, possibilitada pelas tecnologias modernas das gerações mais novas de telescópios. O modelo cosmológico padrão, porém, não é livre de problemas do ponto de vista teórico, deixando perguntas ainda sem respostas. Uma possibilidade que tem sido proposta é a existência de um acoplamento entre setores escuros. A ideia de uma interação entre os componentes escuros poderia ajudar os físicos a entender por que vivemos em uma época do universo na qual a matéria escura e a energia escura são comparáveis em termos de densidades de energia, o que pode ser considerado uma estranha coincidência dado que suas evoluções com o tempo são completamente diferentes. Matéria escura e energia escura são geralmente tratadas como fluidos perfeitos. A interação é introduzida ao permitirmos um tensor não nulo no lado direito das equações de conservação dos tensores de energia-momento. Prosseguimos com uma abordagem fenomenológica para testar modelos de interação com observações de distorções no espaço de redshift. Em um universo plano composto apenas por esses dois fluidos, consideramos, separadamente, duas formas de interação, através de termos proporcionais às densidades de energia escura e de matéria escura. Uma expressão analítica para a taxa de crescimento aproximada por f = Omega^gamma, onde Omega é a contribuição percentual da matéria escura para o conteúdo do universo e gamma é o índice de crescimento, é deduzida em termos da interação e de outros parâmetros do modelo no primeiro caso, enquanto para o segundo caso mostramos que uma interação não nula não pode ser acomodada pela aproximação do índice de crescimento. As expressões obtidas são então utilizadas para comparar as previsões com dados observacionais de crescimento de estruturas em um programa para Monte Carlo via cadeias de Markov. Concluímos que tais dados atuais por si só não são capazes de restringir a interação devido às suas grandes incertezas. Utilizamos também observações de aglomerados de galáxias para analisar seus estados viriais através da equação de Layzer-Irvine modificada a fim de detectar sinais de interação. Obtemos medições de taxas viriais observadas, constante de interação, taxa virial de equilíbrio e desvio do equilíbrio para um conjunto de aglomerados. Uma análise combinada indica uma constante de interação 0.29^{+2.25}_{-0.40}, compatível com zero, mas uma taxa virial de equilíbrio combinada de 0.82^{+0.13}_{-0.14}, o que significa uma detecção em um intervalo de confiança de 2 sigma. Apesar desta tensão, o método produz resultados encorajadores enquanto ainda permite melhorias, possivelmente pela remoção da suposição de pequenos desvios do equilíbrio.