Caracterizamos estatisticamente a estrutura dos halos de matéria escura extraídos da Simulação do Millennium, uma das maiores simulações do modelo cosmológico CDM realizadas até hoje, com 10 bilhões de partículas num volume de 500h−1Mpc3. Nossos resultados confirmam que na época atual, z = 0, o parâmetro de concentração dos halos se correlaciona com a massa. Esta correlação é ajustada por uma lei de potência no intervalo de massas que corresponde a halos de galáxias (1012h−1M) até aglomerados de galáxias (1015h−1M), log10 c ∞ −α log10M, com α = 0.1. Comparamos a previsão de três modelos existentes na literatura para esta correlação. Medimos a distribuição de probilidade do parâmetro de concentração, que é ajustada com boa aproximação por uma função lognormal com dispersão σlog10 c = 0.1 em todo o intervalo de massas. Verificamos que o parâmetro de concentração é independente do spin do halo quando sistemas claramente fora de equilíbrio são removidos da análise. Comparamos modelos que relacionam o parÂmetro de concentração com histórico de formação extraído da simulação. Mostramos que quando definimos a época de formação levando em conta a distribuição de progenitores do halo e não apenas o progenitor mais massivo, obtemos uma correlação melhor entre densidade média do universo nessa época e a densidade característica do halo. Finalmente, testamos a validade de dois modelos que predizem o parâmetro de concentração a z = 0 com base no histórico de acreção de massa do progenitor mais massivo do halo. / We use the Millennium Simulation (MS) to study the statistics of CDM halo concentrations at z = 0. Our results confirm that the average halo concentration declines monotonically with mass; the concentration-mass relation is well fit by a power-law over 3 decades in mass, up to the most massive objects that form in a CDM universe (~1015h−1M). We compare this relation with three models in the literature. The large volume surveyed, together with the unprecedented numerical resolution of the MS, allow us to estimate with confidence the distribution of concentrations and, consequently, the abundance of systems with unusual properties. We find that halo concentrations are independent of spin once haloes manifestly out of equilibrium have been removed from the sample. The concentrations of out-ofequilibrium haloes tend to be lower and have more scatter, while their spins tend to be higher. A number of previously noted trends within the halo population are induced primarily by these properties of unrelaxed systems. Finally, we compare the result of predicting halo concentrations using the mass assembly history of the main progenitor with predictions based on simple arguments regarding the assembly time of all progenitors. The latter are typically as good or better than the former, suggesting that halo concentration depends not only on the evolutionary path of a halo’s main progenitor, but on how and when all of its constituents collapsed to form non-linear objects.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas, Programa de Pós-graduação em Antropologia Social, Florianópolis, 2004 / Made available in DSpace on 2012-10-21T19:48:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Resumo: Neste trabalho investigamos a evolução de um Universo no qual um campo escalar, não-minimamente acoplado à curvatura do espaço-tempo, faz o papel da energia escura e é o responsável pela atual expansão acelerada do Universo. Dois acoplamentos diferentes entre a matéria escura não-relativística e a energia escura são considerados, dando origem a dois diferentes modelos. Além disso, consideramos também dois modelos para a pressão da matéria escura: o usual, sem pressão, e outro que é conseqüência de uma teoria termodinâmica e relaciona a pressão com o acoplamento entre o campo escalar e o escalar de curvatura. Embora o modelo apresente dependência das condições iniciais, mostramos que a mistura constituída pelos componentes do setor escuro juntamente com matéria bariônica e radiação pode reproduzir o comportamento esperado dos parâmetros de densidade, do parâmetro de desaceleração e da distância de luminosidade em função do redshift

Made available in DSpace on 2014-08-27T14:36:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-12-18Bitstream added on 2014-08-27T15:57:11Z : No. of bitstreams: 1 000773505.pdf: 400450 bytes, checksum: c281b7900c64c9ec8e10de0156494952 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Existe atualmente um consenso de que a relatividade especial, cuja cinemática é governada pelo grupo de Poincaré, deixa de ser válida próxima à escala de Planck. Como consequência, novas cinemáticas têm sido propostas. Uma alternativa a essas teorias é a relatividade especial de de Sitter, a qual pressupõe uma violação, não da simetria de Lorentz, mas da simetria de translação. Essa teoria inclui a constante cosmológica como um efeito cinemático e não como um elemento exótico que permeia o Universo. Considerando as propriedades de transitividade do espaçotempo de Sitter, são obtidas uma nova corrente conservada e uma nova família de trajetórias. Essas trajetórias introduzem uma nova noção de movimento, dado por uma combinação de translações e transformações conformes próprias / There are currently an agreement that special relativity, whose kinematic is ruled by the Poincaré group, fails near the Planck scale. As a consequence, new kinematics have been proposed. An alternative to those theories is the de Sitter special relativity, which assumes a violation, not of the Lorentz symmetry, but of the translation symmetry. In this theory the cosmological constant appears as a kinematic effect and not as an exotic element ?lling the Universe. Taking into account the appropriate transitivity properties, a new conserved current and a new family of maximizing trajectories are obtained. These trajectories introduce a new notion of motion, given by a combination of translations and proper conformal transformations / CNPq: 143131/2011-7

Orientador: Saulo Henrique Pereira / Banca: Elias Leite Mendonça / Banca: Luiz Cleber Tavares de Brito / Resumo: O campo espinorial ELKO associado às partículas de matéria de spin 1/2 e dimensão de massa 1, construídos em um conjunto completo de autoespinores de helicidade dual do operador conjugação de carga, é um canditado a descrever a matéria escura. Devido a sua natureza, possui diversas aplicações cosmológicas. Neste trabalho, o estudo de tais espinores é realizado sob universo de Friedmann-Robertson-Walker plano, homogênio e isotrópico. À luz da Teoria Quântica de Campos em Espaços-Tempo Curvos, com as transformações de Bogoliubov, obteve-se a densidade de partículas criadas em uma métrica modelo de regime assintóticamente plano no passado e no futuro, permitindo-se comparar com soluções exatas presentes na literatura para produção de partículas escalares e férmions de Dirac. Discute- se, também, a compatibilidade do fenômeno de criação de partículas provenientes da Teoria Quântica de Campos em Espaço Curvos com os estudos de Prigogine para descrição deste fenômeno à escala cosmológica, considerando-se um universo termodinamicamente aberto / Abstract: The ELKO spinor field associated with spin 1/2 particles and mass dimension 1, con- structed on a complete set of dual helicity eigenspinors of the charge conjugation operator, is a candidate for describing dark matter. Due to its nature, it has several cosmological applications. In this work, the study of such spinors is performed under a homogenous and isotropic Friedmann-Robertson-Walker universe. In the light of the Quantum Field Theory in Curved Space-Time, with the Bogoliubov transformations, we obtained the density of particles created in a model of asymptotically plane metric in the past and in the future, allowing to compare with exact solutions present in the literature for the production of scalar particles and Dirac fermions. It is also discussed the compatibility of the phenomenon of particle creation from the Quantum Field Theory in Curved Space with the studies of Prigogine to describe this phenomenon at the cosmological scale, considering a thermodynamically open universe / Mestre

Orientador: Helio Vasconcelos Fagundes / Banca: José Geraldo Pereira / Banca: Maria Emília Xavier Guimarães / Resumo: No final do século XIX, L. Bianchi [1] fez a classificação das geometrias riemanianas em espaços tridimensionais, segundo seus possíveis grupos de isometrias. Parte de seus resultados foi adaptada, em uma linguagem mais moderna, por C. G. Behr [17] e outros, para o estudo de modelos cosmológicos espacialmente homogêneos mas não necessariamente isotrópicos. Esta dissertação expõe as idéias e resultados de Bianchi, e também os formalismos mais recentes no estudo desse problema. Por completeza, o espaço tridimensional do modelo de Kantowski-Sachs também é aqui incluído / Abstract: At the end of the 19th century, L. Bianchi [1] found a classification of the Riemannian geometries oni three-dimensional spaces, according to their possible isometry groups. A part of his results has been adapted, in a more modern language, by C. G. Behr [17] and others, for the study of cosmological models with homogeneous but not necessarily isotropic spatial sections. This dissertation presents Bianchi's ideas and results, and also more recent formalisms in the study of this problem. For completeness, the three-space of Kantowski-Sachs cosmological model is also here included / Mestre

Orientador: Rogério Rosenfeld / Banca: Ruben Aldrovandi / Banca: Luís Raul Weber Abramo / Resumo: Nos últimos anos diversas evidências acumularam-se indicando que o universo é plano e dominado por alguma forma de energia escura, cuja pressão negativa está atualmente fazendo com que ele esteja em expansão acelerada. Vários modelos têm sido propostos para a energia escura, entre os quais destacam-se os modelos de quintessência, nos quais essa energia é modelada por um campo escalar. Neste trabalho analisamos alguns vínculos observacionais nos modelos de quintessência com potenciais exponenciais, e obtivemos limites para o espaço de parâmetros desses modelos no caso em que a quintessência está desacoplada dos demais componentes do universo e no caso em que ela está acoplada à partícula de matéria escura. No caso desacoplado, estudamos as soluções do tipo scaling, e mostramos que nesse regime, o único em que a quintessência exponencial desacoplada apresenta soluções cosmologicamente realísticas, esses modelos não podem ser considerados menos naturais que os demais potenciais de quintessência. Obtivemos ainda que o caso acoplado, assim como o desacoplado, também não resolve o problema da coincidência cósmica, e que a idade do universo nestes modelos é consideravelmente maior que no caso desacoplado, de modo que os limites na idade podem ser úteis para distinguir observacionalmente entre as quintessências acoplada e desacoplada / Abstract: During the last years many evidences are indicating that the universe is flat and dominated by some form of dark energy, whose negative pressure is currently driving its accelerated expansion. A plenty of models have been proposed, with special attention to the quintessence models, in which the dark energy is modelled by a scalar field. In this work we have analysed some observational constraints in the quintessence models with exponential potentials, and we have put limits on the parameter space in both coupled and uncoupled cases. In the uncoupled case, we have studied the scaling Solutions, and we have showed that in this regime, that is the only one in which the exponential uncoupled quintessence presents realistic Solutions, such models can not be considered less natural than others quintessence potentials. We have also obtained that in the case in which the quintessence is coupled to dark matter the cosmic coincidence problem can not be solved, and that the age for coupled models is considerably higher than the age for non-coupled models, in such a way that limits on the age can be useful in distinguishing between coupled and non-coupled models. / Mestre

Orientador: Rogério Rosenfeld / Banca: Reuven Opher / Banca: Ioav Waga / Banca: Ruben Aldrovandi / Banca: José Ademir Sales de Lima / Resumo: Investigamos a formação, em larga escala, de estruturas no Universo, na presença da energia escura. Sua influência sobre o crescimento de perturbações cosmológicas é exercida tanto através do efeito sobre a taxa de expansão do fundo cósmico homogêneo, quanto de suas próprias flutuações de densidade de energia. Para calcularmos a taxa de formação de aglomerados de galáxias, empregamos uma generalização do formalismo de colapso esférico para a inclusão de fluidos com pressão. Um importante efeito de flutuações de energia escura associados a halos de matéria escura é a indução de halos de energia escura, que reprimem o crescimento de estruturas quando temos equações de estado não phantom; por outro lado, quando temos equações de estado phantom, são gerados vazios de energia escura, aumentando o crescimento de estruturas de matéria. Outro importante efeito ocorre quando consideramos a possibilidade da energia escura mudar sua equação de estado quando há grandes variações de sua densidade no interior dos halos em relação ao fundo homogêneo. O grande número de parametrizações da energia escura que foram obtidos com dados, de supernovas Ia são sensíveis apenas até desvios para o vermelho de ordem um. Mostramos que as parametrizações produzem assinaturas distintas na formação de aglomerados com o uso do formalismo de Press-Schechter. Portanto, futuras observações de aglomerados galácticos podem prover vínculos importantes no comportamento da energia escura durante a evolução do Universo / Abstract: We investigate large scale structure formation in universe with dark energy presence. The dark energy influence on cosmological perturbation growth is exerted both through its effect on the expansion rate of background, and through its own density fluctuation as well. To compute the rate of formation of massive objects we employed the spherical collapse formalism, which was generalized to include fluids with pressure. An important effect caused by fluctuations in dark energy associated with dark matter halos is the induction of dark energy halos damping the growth of structures when the equations of state are non-phantom; on the other hand, phantom models generate dark energy voids, enhancing the growth of matter halos. Other important effect occurs when we consider the possibility of dark energy changing its equation of state when there are large differences between densities in the background and in the halos. The large number of dark energy parametrizations obtained with supernova Ia data are only sensitive to redshifts up to order one. We show these parametrizations produce distinguishable signatures in cluster formation using the Press-Schechter formalism. Therefore, future observations of galaxy clusters can provide important constraints on the behavior of dark energy in the course of universe evolution / Doutor

Orientador: José Geraldo Pereira / Banca: Roldão da Rocha Júnior / Banca: Bruto Max Pimentel Escobar / Banca: Waldyr Alves Rodrigues Júnior / Banca: Ricardeo Paszko / Resumo: Existe atualmente um consenso de que a relatividade especial, cuja cinemática é governada pelo grupo de Poincaré, deixa de ser válida próxima à escala de Planck. Como consequência, novas cinemáticas têm sido propostas. Uma alternativa a essas teorias é a relatividade especial de de Sitter, a qual pressupõe uma violação, não da simetria de Lorentz, mas da simetria de translação. Essa teoria inclui a constante cosmológica como um efeito cinemático e não como um elemento exótico que permeia o Universo. Considerando as propriedades de transitividade do espaçotempo de Sitter, são obtidas uma nova corrente conservada e uma nova família de trajetórias. Essas trajetórias introduzem uma nova noção de movimento, dado por uma combinação de translações e transformações conformes próprias / Abstract: There are currently an agreement that special relativity, whose kinematic is ruled by the Poincaré group, fails near the Planck scale. As a consequence, new kinematics have been proposed. An alternative to those theories is the de Sitter special relativity, which assumes a violation, not of the Lorentz symmetry, but of the translation symmetry. In this theory the cosmological constant appears as a kinematic effect and not as an exotic element filling the Universe. Taking into account the appropriate transitivity properties, a new conserved current and a new family of maximizing trajectories are obtained. These trajectories introduce a new notion of motion, given by a combination of translations and proper conformal transformations / Doutor

Orientador: Horatiu Stefan Nastase / Banca: Robert Brandenberger / Banca: Rogério Rosenfeld / Banca: Nathan Jacob Berkovits / Banca: Luis Raul Weber Abramo / Resumo: Nesta tese a Teoria das Perturbações Cosmológicas é revisada e três tópicos originais, incluídos neste grande ramo da cosmologia teórica, são apresentados. Começamos introduzindo e deduzindo as fórmulas necessárias partindo de primeiros princípios no capítulo 2. Em seguida, no capítulo 3, estudamos em detalhe Teorias Quânticas de Campos em de Sitter que contêm correntes de spin alto. Mostramos que a existência de correntes de spin alto - mesmo em teorias com interação - pode colocar mais vínculos na função de n-pontos, tornando a teoria assintoticamente gaussiana no futuro longínquo. Este resultado pode ser interpretado como o análogo do teorema de ColemanMandula para o espaço-tempo de de Sitter. O capítulo 4 é dedicado a modelos inflacionários conformes com o campo de Higgs fazendo o papel de Inflaton. Modelos com simetria de Weyl e com simetria SO(1, 1) para valores altos da energia são construídos. Verificamos quais as condições necessárias para que se obtenha um valor arbitrário para a razão escalar tensorial, parâmetro que mede a intensidade de ondas gravitacionais primordiais em um dado modelo. Introduzimos também um acoplamento diferente do valor conforme para a interação do campo escalar com o tensor de curvatura. Isto quebra a simetria de Weyl, mas verificamos que existe um forte atrator na direção da linha de Starobinsky. No último capítulo, aplicamos o efeito do 'back reaction' dos modos com comprimentos de onda longo (maiores que o raio de Hubble) em alguns modelos inflacionários e no cenário Ekpyrótico. Checamos se este efeito pode prevenir a inflação eterna nas regiões onde efeitos estocásticos são importantes nestes modelos. Alguns apêndices, com cálculos detalhados, são incluídos no final / Abstract: In this thesis the Theory of Cosmological Perturbations is reviewed and three original topics, that are part of this huge branch of theoretical cosmology, are presented. We start by reviewing and deducing the needed formulas from first principles in chapter 2. After it, in chapter 3, we study in detail Quantum Field Theories in de Sitter spacetime that contain Higher Spin currents. We show that the existence of Higher Spin currents - even in the interacting case - can put further constraints on the n-point function, making it asymptotically gaussian in the far future. This result can be interpreted as the analog of Coleman-Mandula theorem for de Sitter spacetime. Chapter 4 is devoted to conformal inflationary models with the Higgs field playing the role of the Inflaton field. We construct models with a Weyl symmetry and a SO(1, 1) symmetry at high energies. It is verified what are the conditions to get an arbitrary value for the tensor to scalar ratio, which measures the amplitude of primordial gravitational waves in a given model. Also, we introduce a coupling, different from the conformal one, for the scalar field and the curvature tensor. This breaks the Weyl symmetry but we verify that there is a strong attractor towards the Starobinsky line. In the last chapter, we apply the back-reaction effect of long wavelength modes (modes with wavelength bigger than the Hubble radius) in some inflationary models and in the Ekpyrotic scenario. We check if this effect could prevent eternal inflation in the region where stochastic effects are important for these models. Some appendices, with detailed calculations, are also included in the end / Doutor