Cette thèse porte sur le problème de la Matière Noire astrophysique et cosmologique.<br /><br />Dans les quatre premiers chapitres sont exposés succinctement le Modèle Standard Cosmologique, les observations démontrant la présence d'énergie et de matière noires, les modèles de matière noire les plus étudies, et diferents modèles cosmologiques ou astrophysiques reposant sur des champs scalaires. Dans les trois chapitres suivants est détaillé un modèle de matière noire bosonique basé sur l'existence d'un champ scalaire complexe et chargé dans U(1). Nous verrons que couple a un potentiel quadratique, un tel champ est susceptible d'expliquer les courbes de rotation des galaxies, tout en conservant depuis la recombinaison un comportement cosmologique de matière. Nous nous intéresserons ensuite au cas du potentiel quartique, et nous montrerons d'une part que son comportement cosmologique est lui aussi relativement bon, et d'autre part qu'il explique bien les courbes de rotation des galaxies spirales de petite taille, si problématiques pour de nombreux modèles de matière noire.

The self-gravitating systems are formed by particles interacting through gravity. They describe structure formation in the universe. As a consequence of the long range interaction of gravity, they are inhomogeneous even at thermal equilibrium. We study the self-gravitating systems with several kinds of particles and the self-gravitating systems in the presence of the cosmological constant $ Lambda$. We formulate the statistical mechanics and the mean field approach describing the gaseous phase. We explicitely compute the density of particles and thermodynamic quantities. The presence of $ Lambda$ extends the domain of stability of the gaseous phase. Monte Carlo simulations show that the mean field describes the gaseous phase with an excellent accuracy. Scalling law of the self-gravitating systems with several kinds of particles is found. At the critical point the fractal dimension is independant of their composition and is $1.6...$~.

This Thesis is concerned with three particular aspects of extended cosmic strings and domain walls in cosmology: their dynamics, gravitation and interaction with a black hole. In Chapter 3, we study the dynamics of an abelian-Higgs cosmic string. We find its equations of motion from an effective action and compare, for three test trajectories, the resulting motion with that observed in the Nambu-Gotō approximation. We also present a general argument showing that the corrected motion of any string is generically antirigid. We pursue the investigation of the dynamics of topological defects in Chapter 5, where we find (from integrability conditions rather than an effective action) the effective equations governing the motion of a gravitating curved domain wall. In Chapter 4 we investigate the spacetime of a gravitating domain wall in a theory with a general potential V(ɸ). We show that, depending on the gravitational coupling e of the scalar ɸ, all nontrivial solutions fall into two categories interpretable as describing respectively domain wall and false vacuum-de Sitter solutions. Wall solutions cannot exist beyond a value (^4)(_3)ɛmax, and vacuum-de Sitter solutions are unstable to decaying into wall solutions below ɛmax at ɛmax we observe a phase transition between the two types of solution. We finally specialize for the Goldstone and sine-Gordon potentials. In Chapter 6 we consider a Nielsen-Olesen vortex whose axis passes through the centre of an extremal Reissner-Nordstr0m black hole. We examine in particular the existence of piercing and expelled solutions (where the string respectively does and does not penetrate the black hole's horizon) and determine that while thin strings penetrate the horizon — and therefore can be genuinely called hair — thick strings are expelled; the two kinds of solution are separated by a phase transition.

Bien qu’ayant vu le jour dans un cadre dit relativiste avec l’avènement de la théorie de la relativité générale, le lien intime existant entre géométrie de l’espace-temps d’une part, et gravitation d’autre part, peut se voir étendu aux théories dites nonrelativistes, l’exemple paradigmatique en étant la reformulation géométrique de la gravitation Newtonienne initiée par E. Cartan. De tels espace-temps nonrelativistes diffèrent structurellement de leurs homologues relativistes, ces disparités étant le plus naturellement expliquées en réinterprétant ces premiers comme réduction dimensionnelle d’espace-temps relativistes privilégiés. L’ambition de cette thèse est double : Dans une première partie, nous nous intéressons à une généralisation de la classe d’espace-temps relativistes permettant le formalisme ambiant, étudions leur interprétation géométrique ainsi que la classe élargie de structures nonrelativistes pouvant y être plongées. La seconde partie de ce manuscrit concerne le point de vue, informé par la théorie des groupes, que porte E. Cartan sur la géométrie différentielle et plus précisément l’éclairage que projettent les géométries de Cartan sur les structures nonrelativistes, à la fois dans leur définition intrinsèque et dans leur relation avec des structures relativistes au travers du formalisme ambiant. / With the advent of general relativity, the profound interaction between the geometry of spacetime and gravitational phenomena became a truism of modern physics. However, the intimate relationship between spacetime geometry and gravitation is by no means restricted to relativistic physics but can in fact be successfully applied to nonrelativistic physics, the paradigmatic example being E. Cartan geometrisation of Newtonian gravity. This geometrisation of nonrelativistic gravitation involves some nonrelativistic structures whose discrepancies in comparison with their relativistic peers are better understood when embedded inside specific classes of relativistic gravitational waves. The ambition of this Doctoral Thesis is twofold: In a first part, we discuss a generalisation of the class of gravitational waves allowing the embedding of nonrelativistic features, explore their geometric properties and the new nonrelativistic structures emerging from this study. In a second part, we advocate how the group-theoretically oriented approach of Cartan to differential geometry can shed new light on nonrelativistic structures, both in an intrinsic and ambient fashion.

Orientadora: Profa. Dra. Laura Paulucci / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2016. / Este estudo objetiva auxiliar os professores de física da educação básica a introduzir o tema gravitação em suas aulas. Através do uso de experimentos tradicionais utilizados em cursos de astronomia básica e de recentes simuladores, que permitem verificar desde a localização de astros no céu a partir de qualquer ponto da superfície terrestre até as leis de Kepler, o tema gravitação foi sendo paulatinamente introduzido com a utilização de duas sequências didáticas que fazem parte deste trabalho. Ao longo da aplicação destas sequências, os estudantes utilizaram também outros recursos educacionais, como vídeos e a possibilidade de realizar atividades práticas, que foram desde o uso de uma simples haste presa ao chão para a determinação dos pontos cardeais até a utilização de modernas tecnologias de informação e comunicação, como os aplicativos de celulares capazes de identificar os astros no céu. A avaliação positiva da aplicação destas sequências foi demostrada nos altos índices de acertos dos questionários aplicados e nas solicitações dos alunos para que os próximos assuntos tratados em física fossem concebidos nos mesmos moldes que este. / This study aims to help physics teachers of basic education to introduce the subject gravitation in their classes. Through the use of traditional experiments used in basic astronomy courses and recent simulators, which allow to verify from the location of stars in the sky from any point of the Earth's surface to Kepler's laws, the subject gravitation was gradually introduced with the use of two didactic sequences that are part of this work. Throughout the application of these sequences, students also used other educational resources, such as videos and the possibility of performing practical activities, ranging from the use of a simple rod attached to the ground to determine the cardinal points to the use of modern information and communication technologies, such as mobile applications that show the position of stars. The positive evaluation of the application of these sequences was demonstrated by the high scores achieved on the applied questionnaires and students' requests that the following subjects treated in physics classes were conceived using the same framework as this one.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-19T13:39:47Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1029692 bytes, checksum: e88e69e5c9a3cffdaf665a4b3a2d8d85 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T13:39:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1029692 bytes, checksum: e88e69e5c9a3cffdaf665a4b3a2d8d85 (MD5) Previous issue date: 2013-06-28 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / We show that the theory of General Relativity can be entirely formulated in the language of the integrable Weyl geometry. We develop the concept of Weyl frames and state the fact that they are completely equivalent as far as geodesic motion is concerned. In the case of General Relativity, we build an action that is manifestly invariant with respect to Weyl transformations. In this scenario, the gravitational field is described by a combination of both the metric and a geometrical scalar field. We illustrate this point by examining how distinct geometrical and physical pictures of the same phenomena may arise in different frames for the particular case of conformally flat spacetimes. Besides, we show that our choice of Weyl geometry for describing the space-time of General Relativity completely agrees with Poincare ideas that the geometry of space was merely a convention and that no geometry is more correct than any other, only more convenient. On the other hand, we consider the Brans-Dicke gravitational theory as a point of departure for constructing a geometric scalar-field theory. In this approach we apply the Palatini variational method to the Brans-Dicke action. We then are naturally led to conclude that space-time has the geometrical structure of a Weyl integrable manifold. We briefly examine some features of this scalar-tensor theory in which Brans-Dicke scalar field now plays the role of a geometrical field. / A gravitagao tern lido atribuida, desde a aparigao da relatividade geral, a curvatura do espago­tempo. A linguagem geometrodinamica por esta teoria introduzida, representa uma ferra­menta conveniente para predizer o comportamento da materia. Partindo da ideia proposta por Poincare de que a geometria do espago é apenas uma convengao, afirmando que nenhuma geometria é mais correta que outra, mas mais conveniente, mostramos como certas teorias da gravitagao, ern particular a teoria geral da relatividade, assim como a teoria de Brans-Dicke, podem ser completamente reformuladas numa geometria que é uma generalizagao da geometria riemanniana: a geometria de Weyl integravel. Corn esta escolha da linguagem matematica, o movimento das particulas e raios de luz correspondem a geodesicas weylia­nas, as quais satisfazem uma nova classe de invariancia, a invariancia por transformagoes de Weyl. Estas transformagoes permitem definir os chamados referenciais de Weyl e, no caso da teoria da gravitagao criada por Einstein, recupera-la na sua formulagao riemanniana, num gauge particular. Por outro lado, esta modificagao na dinamica dos objetos traz uma nova percepgao dos fenomenos fisicos que tentaremos explorar.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1343904 bytes, checksum: e6a827a05ce6f44bfd65a1e4edd24434 (MD5) Previous issue date: 2013-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this thesis we obtain the geometry associated with a cosmic string in two different models of modified gravity, namely: f(R) and Gauss-Bonnet theories. We Determined the solutions for static cosmic string and spinning cosmic string, with and without interior structure in f(R) and a static cosmic string in Gauss-Bonnet theory. For the static case, we solved the Dirac equation, and determined the fermionic current. We also found, in the context general theory of relativity, one solution with rotation corresponding to a rotation cloud of strings(Letelier spacetime), by using the method of Newman-Janis. / Nesta tese obtemos a geometria gerada por cordas cósmicas em dois modelos de gravitação modificada, a saber: Teorias f(R) e de Gauss-Bonnet. Determinamos soluções que correspondem ao espaço-tempo gerado pela corda cósmica estática e a corda cósmica com rotação, com e sem estrutura interna em f(R), e a corda cósmica estática na teoria de Gauss-Bonnet. Para as soluções estáticas, resolvemos a equação de Dirac, e determinamos a corrente ferminóica. Encontramos, também, no contexto da Teoria da Relatividade Geral, uma solução com rotação para a nuvem de cordas(Espaço-tempo de Letelier), usando o método de Newman-Janis.

Submitted by Sérgio Mittmann dos Santos (smittmanns@gmail.com) on 2018-04-13T23:20:37Z No. of bitstreams: 1 Tese_SMdS.pdf: 14966593 bytes, checksum: 50aeb1b3bc772ed3ff21708296193489 (MD5) / Rejected by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: É necessário revisar a formatação das referências seguindo a ABNT 6023:2003, por exemplo, o que ocorre em sua Tese é a ausência da indicação de autoria segundo as normas, abaixo orientação da ABNT. entre outros elementos. 8.1.1 Autor pessoal Indica(m)-se o(s) autor(es), de modo geral, pelo último sobrenome, em maiúsculas, seguido do(s) prenome(s) e outros sobrenomes, abreviado(s) ou não. Recomenda-se, tanto quanto possível, o mesmo padrão para abreviação de nomes e sobrenomes, usados na mesma lista de referências. Os nomes devem ser separados por ponto-e-vírgula, seguido de espaço. Sobre a elaboração das referencias e citações favor solicitar orientação com a bibliotecária Juciene (juciene@feg.unesp.br) Agradecemos a compreensão. on 2018-04-16T18:47:09Z (GMT) / Submitted by Sérgio Mittmann dos Santos (smittmanns@gmail.com) on 2018-04-18T17:12:53Z No. of bitstreams: 1 Tese_SMdS_2.pdf: 4371571 bytes, checksum: cd4208377d9640590e86974e7a28bc7c (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-19T19:05:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_sm_dr_guara.pdf: 4371571 bytes, checksum: cd4208377d9640590e86974e7a28bc7c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T19:05:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_sm_dr_guara.pdf: 4371571 bytes, checksum: cd4208377d9640590e86974e7a28bc7c (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A partir da teoria da gravitação de Brans-Dicke, são obtidas soluções exatas para as cordas cósmicas girantes. As soluções são para cordas retas, que preservam a simetria de Lorentz ao longo do eixo longitudinal de simetria, e para as não retas, com simetria aproximadamente cilíndrica e que violam a simetria de Lorentz. Essas soluções permitem verificar se os espaços-tempos das cordas são regulares ou apresentam singularidades. Além disso, a possibilidade de que as cordas sejam fontes de curvas tipo-tempo fechadas também é analisada. Exclusivamente para as cordas retas, é verificado se essas se mantiveram estáveis após as suas eventuais formações, e se uma escolha adequada para as constantes de integração das soluções impede a existência das curvas tipo-tempo fechadas. Desde a década de 1930, as observações mostram que as velocidades tangenciais das estrelas das galáxias têm um comportamento que contraria o que é previsto quando se considera somente a presença de matéria visível: à medida que as distâncias até os centros das galáxias aumentam, as velocidades também aumentam, até que começam a tender para valores aproximadamente constantes. A razão para esse fenômeno ainda está sob debate. Por enquanto, é justificado pela presença de matéria escura nos halos das galáxias, mas a própria matéria escura ainda não é bem entendida. Em 1980, para 21 galáxias do tipo Sc, as observações mostraram que esse crescimento das velocidades até atingirem os valores constantes ocorre quando as distâncias crescem por 2 a 3 ordens de grandeza. Com as soluções da teoria de Brans-Dicke para as cordas não retas, é proposto um espaço-tempo com a mesma simetria aproximadamente cilíndrica, que descreve adequadamente esse comportamento nas velocidades das estrelas daquelas 21 galáxias / From the Brans-Dicke theory of gravitation, exact solutions are obtained for the spinning cosmic strings. The solutions are for straight strings, which preserve the Lorentz symmetry along the longitudinal axis of symmetry, and for the non-straight strings, with nearly cylindrical symmetry and which violate the Lorentz symmetry. These solutions allow us to verify if the spacetimes of the strings are regular or have singularities. In addition, the possibility that the strings are sources of closed timelike curves is also analyzed. Only for the straight strings, it is verified if these have remained stable after their eventual formations, and if a suitable choice for the integration constants of the solutions prevents the existence of the closed timelike curves. Since the 1930s, observations have shown that the tangential velocities of galaxies’ stars have a behavior that goes against what is predicted when considering only the presence of visible matter: as distances to the centers of galaxies increase, velocities also increase until they begin to tend to approximately constant values. The reason for this phenomenon is still under discussion. For now, it is justified by the presence of dark matter in the halos of galaxies, but the dark matter itself is still not well understood. In 1980, for 21 Sc-type galaxies, observations showed that such velocities growth until reaching constant values occurs when distances grow by 2 to 3 orders of magnitude. With the solutions of the Brans-Dicke theory for the non-straight strings, a spacetime with the same nearly cylindrical symmetry is proposed, which adequately describes this behavior in the velocities of the stars of those 21 galaxies

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-18T13:48:50Z No. of bitstreams: 1 Gilberto de Holanda Cavalcanti.pdf: 1182532 bytes, checksum: b589348e82a15b341479999f7d400b25 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T13:48:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gilberto de Holanda Cavalcanti.pdf: 1182532 bytes, checksum: b589348e82a15b341479999f7d400b25 (MD5) Previous issue date: 2005-02-28 / This work had as objective to analyze the reasons that take high school physics teachers not to deduce is law of the Universal Gravitation.We had as current hypotheses that this occurred because text books do not present the deduction of this law and because these teachers prepare their its lessons using only didactic material which do not deduce the Law of Universal Gravitation. We have investigated 18 (eighteen) teachers of public and private schools, through the application of a questionnaire with opened questions, wchich allowed to identify didactic books used by these teachers and theirperspectives in relation to the teaching practical. The results pointed out o the unfamiliarity with the deduction of the Law as the main reason for not using it. Moreover, among the ten most cited books the professors, none presented this deduction. On the other hand, we demonstrated that it was possible to deduce the Law of Gravitation by contemplating the hierarchization of physics concepts and principles and then interdisciplinarity with Mathematics, Philosophy and Geopolitics, in accordance with Ausubel”s and Novak”s Theory of significative lerning. Regarding the pupils, despite the valuation given by the majority who had attended the presentation of the deduction, they had little interest for a methodology which dedicated much time to the details, instead of assuming a more pragmatic position similar to the one adopted by pre-vestibular teachers, who try to present the content using questions which appeared in previous vestibular contests, praticing "training" for these contests. Considering these results, we suggest that the research should be to applied pupils of 2nd or 1st series in high school,who are not subjeted to pressures due to vestibular. / Este trabalho teve como objetivo analisar as razões que levam professores de Física do Ensino Médio a não deduzirem a Lei de Newton da Gravitação Universal. Tínhamos como hipóteses que isso ocorria porque os livros-texto atuais não abordam a dedução da Lei da Gravitação Universal e porque os professores preparam suas aulas utilizando apenas livros didáticos e materiais que não deduzem a Lei da Gravitação. Investigamos 18 (dezoito) professores de escolas públicas e privadas, através da aplicação de um questionário com questões abertas, que permitiam identificar os livros didáticos utilizados por esses professores e suas posturas com relação à prática docente. Os resultados obtidos apontaram para o desconhecimento da dedução da Lei como a principal razão de sua não utilização. Além disso, dos dez livros mais citados pelos professores, nenhum apresentava essa dedução. Por outro lado, demonstramos que era possível deduzir a Lei da Gravitação contemplando a hierarquização de conceitos e princípios da Física e sua interdisciplinaridade com Matemática, Filosofia e Geopolítica, de acordo com a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e Novak. Com relação aos alunos, apesar da maioria que assistiu às aulas sobre a dedução da Lei ter valorizado a apresentação da dedução, houve pouco interesse por uma metodologia que dedicava muito tempo aos detalhes, ao invés de assumir uma postura mais pragmática semelhante à dos professores de cursos pré-vestibulares, que tentam trabalhar o conteúdo com questões utilizadas em vestibulares anteriores, transformando-se num verdadeiro “treinamento” para o vestibular. Diante desses resultados, sugerimos que a pesquisa seja aplicada a alunos de 2ª ou 1ª série do Ensino Médio, que não estão sujeitos as pressões dos vestibulares.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-21T13:35:56Z No. of bitstreams: 1 cleberabrahaodesouza.pdf: 301985 bytes, checksum: 0b75cdeb57a94d3300fda08720057f94 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-22T12:41:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cleberabrahaodesouza.pdf: 301985 bytes, checksum: 0b75cdeb57a94d3300fda08720057f94 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:41:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cleberabrahaodesouza.pdf: 301985 bytes, checksum: 0b75cdeb57a94d3300fda08720057f94 (MD5) Previous issue date: 2016-04-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresentamos a teoria de Einstein-Cartan através da ação de Holst com campos de Dirac minimamente acoplados a curvatura e torção. Um termo de acoplamento quadri-fermiônico emerge naturalmente após usar a relação entre torção e matéria, conforme resultados obtidos previamente por Perez e Rovelli. O coeficiente desse acoplamento possui uma relação direta com o parâmetro de Barbero-Immirzi (BI), presente na ação de Holst. Investigamos soluções cosmológicas para o modelo de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Mostramos que para ocasonãomassivo,aequaçãodeestadodescreveumfluidoperfeitocom p=wρ ,com w=1. Para o caso massivo, é possível descrever uma fase inflacionária com w =−1 ou w = 1 para um Universo jovem. Estudamos também o acoplamento entre gravitação, férmions e torção com um fluido de spin (fluido de Weyssenhoff). Mostramos uma ação equivalente em termos da interação quadri-fermiônica, um termo apenas de interação entre o tensor de spin, mais um termo de interação entre férmions e o tensor de spin, todos eles em função do parâmetro (BI). O termo de interação entre o fluido de spin e a corrente fermiônica representa um novo ponto de partida para a descrição de soluções cosmológicas. / In this work we present the Einstein-Cartan theory by means of Holst action with Dirac fields description minimally coupled to curvature and torsion. The coupling term four-fermion emerges after using the relationship between the torsion and source of matter, previously calculated by Perez and Rovelli. The coupling constant is related to the Barbero-Immirzi (BI) parameter, which emerges from the Holst action. We investigate cosmological solutions in the standard Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) model. Whe show in the massless case that the equation of state describes a perfect fluid with p = wρ, with w = 1. For the massive case, is possible to describe an inflationary phase with w = 1 for early universe. We study also the coupling between fermions and gravitation with torsion in the presence of spin fluid (Weyssenhofffluid),andweshowtheequivalentactionwithfour-fermioninteraction,atermof self-interaction of the spin fluid and a interaction term between fermionic field and spin fluid. In all these cases, there is the dependence on BI parameter. The interaction term between the fermioniccurrentandthespintensorcanbeconsideredasanewstartingframeworkforstuding cosmological effects.