Nesta dissertação, uma revisão dos modelos cosmológicos newtonianos e neo-newtonianos baseados na formulação da hidrodinâmica clássica é apresentada, com especial ênfase para os resultados básicos e as limitações mais importantes dessas abordagens. Em seguida, mostramos que a descrição Lagrangiana clássica proposta por Lima, Moreira e Santos (1998) para fluidos simples, pode ser generalizada para incluir modelos com misturas de fluidos, e portanto, cosmologias mais realísticas contendo bárions, matéria escura e energia escura, bem como qualquer forma de interação entre essas componentes. Neste trabalho propomos uma descrição lagrangiana clássica para modelos relativísticos do tipo FRW. Nesta descrição, o comportamento dinâmico do fator de escala a(t), como previsto pelas cosmologias relativísticas, é substituído pelo movimento unidimensional de uma partícula teste de massa m sob a ação de um potencial clássico, V(x), onde x é a coordenada unidimensional da partícula. O tratamento pode ser aplicado para os mais diversos cenários de energia escura. Para exemplificar, discutimos com detalhe os seguintes modelos contendo matéria escura e energia escura: XCDM, X(z)CDM, Lambda CDM, Lambda(t) e gás de Chaplygin. Por completeza, modelos multidimensionais do tipo FRW também são considerados. Em todos esses modelos, o parâmetro de curvatura k das seções espaciais das cosmologias determina a energia total da partícula teste pela relação, E=-mk/2, tal como ocorre nos modelos de fluidos simples. As propriedades dinâmicas associadas com o presente estágio de aceleração do universo são univocamente descritas em termos da função potencial do sistema. Finalmente, utilizando os dados da distância de luminosidade provenientes das supernovas do tipo Ia, discutimos como o potencial unidimensional pode ser reconstruído a partir das observações. / In this dissertation, a review of the Newtonian and neo-Newtonian cosmological models based on the classical hydrodynamics formulation is presented with special emphasis to the basic results and the main limitations of such approaches. Next, we show that the classical Lagrangian description as proposed by Lima, Moreira & Santos (1998) for simple fluids, can be generalized to include fluid mixtures, and, therefore, more realistic cosmologies containing baryons, dark matter and dark energy, as well as, any kind of interaction among such components. In the lagrangian description, the dynamic behavior of the scale factor a(t), as predicted by the relativistic cosmologies, is replaced by the unidimensional motion of a test particle with mass m under the action of a classical potential, V(x), where x(t) is the coordinate of the particle. The treatment can be applied for many different scenarios of dark energy. In order to exemplify, we discuss with detail the following models containing dark matter and dark energy: XCDM, X(z)CDM, Lambda(t)CDM and the Chaplygin gas. For completeness, FRW type multidimensional models are also considered. For all these models, the curvature parameter k of the spatial sections in the relativistic cosmologies determines the total energy by the relation, E=-mk/2, as occurs in the simple fluid models. The dynamic property associated with the present accelerating stage of the Universe are univocally described in terms of the potential function of the system. Finally, by using the data from luminosity distance of supernovae type Ia, we discuss how the unidimensional potential can be reconstructed from the observations.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A inflação consegue dar conta de uma série de problemas do Modelo padrão da Cosmologia, preservando ainda o sucesso do modelo do Big Bang. Na sua versão mais simples, a inflação é controlada por um campo escalar, o ínflaton, que faz com que o universo se expanda exponencialmente. Após, o ínflaton decai e ocorre o reaquecimento do universo. Contudo, alguns autores apontam a existência de uma fase intermediária, chamada de pré-aquecimento. O decaimento do ínflaton possui uma rica dinâmica não-linear. No primeiro estágio, a ressonância paramétrica promove o crescimento exponencial de alguns modos do ínflaton. Isto altera a dinâmica do modo homogêneo do ínflaton, promovendo uma reestruturação das cartas de ressonâncias da equação de movimento dos modos perturbativos. Desta forma, ocorre a transferência de energia para estes modos, até que o universo termaliza. Esta transferência de energia é típica de um sistema turbulento. Por se tratar de uma evolução não-linear, torna-se conveniente a implementação computacional de métodos numéricos. Neste contexto, os métodos espectrais têm se mostrado uma excelente ferramenta para estudar este tipo de sistema. Esta dissertação apresenta os resultados do esquema numérico desenvolvido para o modelo com potencial quártico, que será a base para os demais estudos a serem desenvolvidos. Como mostrado, este esquema é extremamente preciso e eficiente. / Inflation can resolve a few problems of the Standard Model of Cosmology, while still preserving the successful from Big Bang model. In the simplest version, inflation is driven by a scalar field, the inflaton, which causes the universe to expand exponentially fast. Afterwards, the inflaton decays and reheating of the universe occurs. However, some authors suggest the existence of an intermediate phase, called preheating. The decay of the inflaton has a rich non-linear dynamics. In the first stage, the parametric resonance produces exponential growth in some modes. This changes the homogeneous inflaton dynamics, producing a restructuring the resonance charts of the equation of motion of the perturbative modes. Therefore, there is energy transfer to other modes, until the universe thermalize. This energy transfer is typical of a turbulent system. Since the evolution is non-linear, a implementation computational of numerical methods is convenient. In this context, spectral methods have proven to be an excellent tool for studying this kind of system. This thesis presents the results of the numerical scheme developed for the model with the quartic potential, that will be the basis for other studies to be undertaken. As shown, this scheme has proven to be extremely accurate and efficient.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T19:17:48Z No. of bitstreams: 1 MARIA APARECIDA DOS SANTOS – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 628300 bytes, checksum: be5188c733755263bec183578258ca27 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T19:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIA APARECIDA DOS SANTOS – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 628300 bytes, checksum: be5188c733755263bec183578258ca27 (MD5) Previous issue date: 2014-02 / Capes / Considerando as diferentes abordagens possíveis referentes ao Universo, este trabalho está voltado para o estudo da Cosmologia Padrão e Inflacionária utilizando campos escalares para descrever a fase de expansão acelerada do Universo. Assim, através da Teoria da Gravitação proposta pela Relatividade Geral é possível determinar as equações de Friedmann e utilizando a Teoria de Campos em Cosmologia podemos obter uma equação de movimento que descreve a evolução temporal de um campo escalar chamado ínflaton, responsável pela inflação. Nesse sentido, propomos como alternativa a utilização de alguns modelos de potenciais já existentes, dentre os quais: V ( ) =12m2 2 (quadr atico), V ( ) = C cos2 (tipo cosseno), V ( ) = C sin2 (tipo seno), V ( ) = (t) 4 e o potencial constante V = V0. Buscando dessa forma descrever a evolução temporal do fator de escala a(t) e o comportamento do parâmetro de desaceleração q(t) com o objetivo de analisar a fase inflacionária, identi cando regiões de aceleração e desaceleração do Universo nos cenários dos espaços plano e curvo. / Taking into consideration the set of di erent approaches to the Universe existent today this work focuses on standard cosmology and in ationary expansion of the said using scalar elds to describe the expansion acceleration rate. Therefore, through a gravitation theory proposed by General Relativity is possible to set Friedmann`s equations and using Field Theory applied to Cosmology to obtain an equation of motion which describes the temporal evolution of a scalar eld called in action, which is responsible for the in ationary process. In this sense, we propose as alternative some models whose potentials are already established, among them: V ( ) = 12m2 2 (quadratic), V ( ) = C cos2 (cosinelike) , V ( ) = C sin2 (sinelike), V ( ) = (t) 4 and the constant potential V = V0 . We seek with this to describe the temporal evolution of the scale factor a(t) and how the decelerating parameter behaves and then analyze the in ationary faze, indentifying periods when the Universe was accelerating or decelerating given curve or plane space scenarios.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A inflação consegue dar conta de uma série de problemas do Modelo padrão da Cosmologia, preservando ainda o sucesso do modelo do Big Bang. Na sua versão mais simples, a inflação é controlada por um campo escalar, o ínflaton, que faz com que o universo se expanda exponencialmente. Após, o ínflaton decai e ocorre o reaquecimento do universo. Contudo, alguns autores apontam a existência de uma fase intermediária, chamada de pré-aquecimento. O decaimento do ínflaton possui uma rica dinâmica não-linear. No primeiro estágio, a ressonância paramétrica promove o crescimento exponencial de alguns modos do ínflaton. Isto altera a dinâmica do modo homogêneo do ínflaton, promovendo uma reestruturação das cartas de ressonâncias da equação de movimento dos modos perturbativos. Desta forma, ocorre a transferência de energia para estes modos, até que o universo termaliza. Esta transferência de energia é típica de um sistema turbulento. Por se tratar de uma evolução não-linear, torna-se conveniente a implementação computacional de métodos numéricos. Neste contexto, os métodos espectrais têm se mostrado uma excelente ferramenta para estudar este tipo de sistema. Esta dissertação apresenta os resultados do esquema numérico desenvolvido para o modelo com potencial quártico, que será a base para os demais estudos a serem desenvolvidos. Como mostrado, este esquema é extremamente preciso e eficiente. / Inflation can resolve a few problems of the Standard Model of Cosmology, while still preserving the successful from Big Bang model. In the simplest version, inflation is driven by a scalar field, the inflaton, which causes the universe to expand exponentially fast. Afterwards, the inflaton decays and reheating of the universe occurs. However, some authors suggest the existence of an intermediate phase, called preheating. The decay of the inflaton has a rich non-linear dynamics. In the first stage, the parametric resonance produces exponential growth in some modes. This changes the homogeneous inflaton dynamics, producing a restructuring the resonance charts of the equation of motion of the perturbative modes. Therefore, there is energy transfer to other modes, until the universe thermalize. This energy transfer is typical of a turbulent system. Since the evolution is non-linear, a implementation computational of numerical methods is convenient. In this context, spectral methods have proven to be an excellent tool for studying this kind of system. This thesis presents the results of the numerical scheme developed for the model with the quartic potential, that will be the basis for other studies to be undertaken. As shown, this scheme has proven to be extremely accurate and efficient.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-13T13:50:59Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2320909 bytes, checksum: 25cc6b6504385f6f69412717c2952be1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T13:50:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2320909 bytes, checksum: 25cc6b6504385f6f69412717c2952be1 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / We considered the discrete approach to Newtonian cosmology presented by Ellis and Gibbons in a recent paper, and generalize this to the continuum limit. The results are obtained using the Newton's laws for particles interacting gravitationally, which are moving homothetically, with with their comoving positions constituting a central configuration. It requines no use of the fluid mechanics, but just a correspondence between the quantities which appear in the approach of Ellis and Gibbons and their generalizations for a system with high density, but with a finite number of particles. The solutions of the equation for the scale factor are presented, taking into account the presence of a term associated with the cosmological cons­tant. We briefly present the relativistic cosmology and compare with Newtonian cosmology. / Consideramos a formulagao discreta da cosmologia Newtoniana adotada por Ellis e Gibbons, em artigo recente, e fazemos uma generalizagao para o limite do continuo. Os resultados sao obtidos com o use das leis de Newton para particulas que interagem gravitacionalmente, que se movem homoteticamente, com suas coordenadas comOveis constituindo-se uma con­figuragao central. Nao foi necessario o use da mecanica dos fluidos, mas tao somente, uma correspondencia direta entre as grandezas discretas da formulagao de Ellis e Gibbons e suas generalizagoes para um sistema muito denso, com um nilmero finito de particulas. Sao apresentadas solugoes da equagao para o fator de escala, considerando a presenga do termo associado a constante cosmolOgica. E feita uma breve apresentagao da cosmologia Einstei­niana e uma comparagao com a cosmologia Newtoniana.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na natureza há vários fenômenos envolvendo transições de fase com quebra ou restauração de simetrias. Tipicamente, mudanças de fase, são associadas com uma quebra ou restauração de simetria, que acontecem quando um determinado parâmetro de controle é variado, como por exemplo temperatura, densidade, campos externos, ou de forma dinâmica. Essas mudanças que os sistemas sofrem podem levar a formação de defeitos topológicos, tais como paredes de domínios, vórtices ou monopolos magnéticos. Nesse trabalho estudamos particularmente mudanças de fase associadas com quebras ou restaurações dinâmicas de simetria que estão associadas com formação ou destruição de defeitos do tipo paredes de domínio em modelos de campos escalares com simetria discreta. Nesses processos dinâmicos com formação ou destruição de domínios, estudamos a possibilidade de formação de estruturas do tipo oscillons, que são soluções não homogêneas e instáveis de campo, mas que podem concentrar nelas uma quantidade apreciável de energia e terem uma vida (duração) suficientemente grande para serem de importância física. Estudamos a possibilidade de formação dessas soluções em modelos de dois campos escalares interagentes em que o sistema é preparado em diferentes situações, com a dinâmica resultante nesses sistemas estudada numa rede discreta. / In nature there are several phenomena involving phase transitions with symmetries breaking or restoration. Typically,the phase state changes associated with a break or a restoration of the sistem's symmetry, that occur when a particular control parameter is varied, such as as temperature, density, external fields or dynamically. These systems undergo changes which can lead to formation of defects, such as domain walls, vortices or magnetic monopoles. In this work we study particularly phase changes, breaks or restorations, associated with dynamic symmetry that are associated with the formation or destruction of defects, as domain walls in models of scalar fields with discrete symmetry. In these dynamical processes with formation or destruction of domains we studied the possibility of forming oscilons type structures, which are not homogeneous and unstable field solutions, but can concentrate there in an appreciable amount of energy and have a lifetime (duration) large enough to have physical importance. We study the possibility of formation of oscillon kind solutions in models with scalar fields interacting in which the system is prepared for different situations, with the resulting dynamics of these systems studied in a discrete lattice.

Many galaxy surveys are planned to release their data over the next few years. Each different survey has its own geometrical limitations, which reflects upon the data as a selection function the spatial distribution of certain types of galaxies. Given a galaxy map (real or mock), the main goal of this work is to obtain information about how the selection function affects some of the cosmological parameters which can be probed from large-scale structure. A Monte-Carlo Markov Chain method is proposed in order to probe the effects of considering the selection functions parameters as nuisance parameters. The method consists in combining realizations of simulated galaxy catalogs using theoretical matter power spectra, combined with an optimal power spectrum estimator method. Theory and data are then compared in a multivariate Gaussian representing the likelihood function. This Monte-Carlo method has proven robust and capable of probing selection function effects on the cosmological parameters, showing that the simple marginalization over the nuisance parameters might lead to wrong estimates on the cosmology. The method is applied to obtain forecasts for these effects on the upcoming J-PAS Luminous Red Galaxies data and is employed to obtain constraints on the Hubble parameter (H0), the dark matter density (c) and two parameters of the equation of state of dark energy (w0 and wa). / Nos próximos anos, diversos levantamentos de galáxias planejam lançar uma quantidade considerável de novos dados, marcando, assim, o início da chamda era da cosmologia de precisão. Cada levantamento possui suas próprias limitações geométricas, que manifestam- se perante os dados na forma de uma função de seleção, ou seja, uma distribuição espacial de cada tipo de galáxia. A partir de um mapa de galáxias (real ou simulado), o principal objetivo desse trabalho foi descobrir como a função de seleção afeta alguns dos parâmetros cosmológicos que podem ser obtidos através de dados futuros de estrutura em larga escala. Portanto, propôs-se um método de Monte-Carlo com cadeias de Markov para estudar os efeitos decorrentes da inclusão dos parâmetros da função de seleção como nuisance parameters. Esse método consiste em combinar simulações de catálogos de galáxias, usando um espectro de potências teórico da matéria junto com um estimador ótimo, a fim de obter ambos espectros (teórico e observacional) e compará-los em uma verossimilhança Gaussiana-multivariada. O método de Monte-Carlo provou-se robusto e capaz de demonstrar os efeitos da função de seleção sobre as estimativas dos parâmetros cosmológicos, comprovando que o simples ato de marginalizar sobre os parâmetros não desejados pode levar a estimativas equivocadas na cosmologia em quesão. Finalmente, esse método foi aplicado nas estimações do parâmetro de Hubble (H0), na densidade de matéria escura (c) e em dois dos parâmetros da equação de estado da energia escura (w0 e wa) com o objetivo de prever tais efeitos para dados futuros do levantamento J-PAS com Galáxias Vermelhas Luminosas.

Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-02-23T18:07:20Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTACAO COMPLETA.pdf: 3237319 bytes, checksum: 4e5fed9340b32251e6faa1c25ebf8e1d (MD5) PRODUTO.pdf: 723308 bytes, checksum: 3ea8a3ea758a4ecd25ec16b614afcfc9 (MD5) / Rejected by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br), reason: oi on 2017-05-22T16:24:46Z (GMT) / Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-05-22T17:10:52Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTACAO COMPLETA.pdf: 3237319 bytes, checksum: 4e5fed9340b32251e6faa1c25ebf8e1d (MD5) PRODUTO.pdf: 723308 bytes, checksum: 3ea8a3ea758a4ecd25ec16b614afcfc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br) on 2017-08-21T14:35:12Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTACAO COMPLETA.pdf: 3237319 bytes, checksum: 4e5fed9340b32251e6faa1c25ebf8e1d (MD5) PRODUTO.pdf: 723308 bytes, checksum: 3ea8a3ea758a4ecd25ec16b614afcfc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-21T14:35:12Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) DISSERTACAO COMPLETA.pdf: 3237319 bytes, checksum: 4e5fed9340b32251e6faa1c25ebf8e1d (MD5) PRODUTO.pdf: 723308 bytes, checksum: 3ea8a3ea758a4ecd25ec16b614afcfc9 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física. Volta Redonda,RJ / A Cosmologia faz parte dos conteúdos de física moderna e contemporânea do nível médio, cuja abordagem já está presente no Currículo Minimo de Física do Estado do Rio de Janeiro. Esse novo currículo propõe um ensino de física menos matematizado, mais próximo da alfabetização científica, onde o indivíduo apropria­se dos debates científicos, reconhecendo a ciência e a tecnologia como interdependentes, de caráter evolutivo, e capazes de moldar a sociedade contemporânea. O presente trabalho, em consonância com esse novo paradigma educacional, apresenta como produto uma sequência didática baseada em mapas conceituais para ensino de Cosmologia em turmas do primeiro ano do Ensino Médio. A metodologia dos mapas conceituais foi escolhida porque trata­se de uma ferramenta de grande utilidade, tanto para facilitar, como para avaliar o processo de ensino­aprendizagem, em especial para mostrar indícios da ocorrência de aprendizagem significativa. Nesta dissertação apresentamos como são construídos e analisados mapas conceituais, bem como as bases que fundamentam o uso de tais mapas para estudos da ocorrência de aprendizagem significativa. A sequência didática proposta como produto contêm os roteiros de aulas completos para que o professor possa trabalhar a Cosmologia com seus alunos utilizando mapas conceituais. Nossa proposta privilegia a confecção cooperativa dos mapas para propiciar a negociação dos conceitos entre os alunos. Apresentamos a análise dos resultados obtidos da aplicação do produto em uma turma de Ensino Médio da rede pública estadual (RJ). Junto com o produto, apresentamos um guia para que o professor possa analisar os mapas conceituais produzidos por sua turma, buscando indícios do tipo de aprendizagem que seus alunos estão tendo. / The Cosmology is part of modern and contemporary physics content of the high level curriculum, whose approach is already present in Minimum Curriculum of Physics of the State of Rio de Janeiro. This new curriculum proposes a less mathematized physics teaching, closer to scientific literacy, where the individual appropriates the scientific debates, recognizing the science and technology as interdependent, having also an evolutionary character. The main purpose is to develop in the student the ability to explain and discuss science and technology in the contemporary society. This work, aligned with this new educational paradigm, proposes as the educational product a didactic sequence based on conceptual maps for teaching cosmology in the first year of high school. The methodology of the conceptual maps was chosen because it is a very useful tool, both to facilitate, and to evaluate the process of teaching and learning, especially to show evidence of the occurrence of meaningful learning. In this thesis we present how those conceptual maps are constructed and analyzed, as well as the bases underlying the use of such maps to study the occurrence of meaningful learning. The didactic sequence proposed as a product contains the scripts of full classes so that the teacher can work cosmology with their students using concept maps. Our proposal focuses on cooperative preparation of maps to facilitate the negotiation of concepts among students. The analysis of the results of applying the product in a high school class of a public school is presented. Along with the product we also present a guide to analysis of the concept maps produced by the students, seeking evidence of the kind of learning that their students are having.

Nesta dissertação, uma revisão dos modelos cosmológicos newtonianos e neo-newtonianos baseados na formulação da hidrodinâmica clássica é apresentada, com especial ênfase para os resultados básicos e as limitações mais importantes dessas abordagens. Em seguida, mostramos que a descrição Lagrangiana clássica proposta por Lima, Moreira e Santos (1998) para fluidos simples, pode ser generalizada para incluir modelos com misturas de fluidos, e portanto, cosmologias mais realísticas contendo bárions, matéria escura e energia escura, bem como qualquer forma de interação entre essas componentes. Neste trabalho propomos uma descrição lagrangiana clássica para modelos relativísticos do tipo FRW. Nesta descrição, o comportamento dinâmico do fator de escala a(t), como previsto pelas cosmologias relativísticas, é substituído pelo movimento unidimensional de uma partícula teste de massa m sob a ação de um potencial clássico, V(x), onde x é a coordenada unidimensional da partícula. O tratamento pode ser aplicado para os mais diversos cenários de energia escura. Para exemplificar, discutimos com detalhe os seguintes modelos contendo matéria escura e energia escura: XCDM, X(z)CDM, Lambda CDM, Lambda(t) e gás de Chaplygin. Por completeza, modelos multidimensionais do tipo FRW também são considerados. Em todos esses modelos, o parâmetro de curvatura k das seções espaciais das cosmologias determina a energia total da partícula teste pela relação, E=-mk/2, tal como ocorre nos modelos de fluidos simples. As propriedades dinâmicas associadas com o presente estágio de aceleração do universo são univocamente descritas em termos da função potencial do sistema. Finalmente, utilizando os dados da distância de luminosidade provenientes das supernovas do tipo Ia, discutimos como o potencial unidimensional pode ser reconstruído a partir das observações. / In this dissertation, a review of the Newtonian and neo-Newtonian cosmological models based on the classical hydrodynamics formulation is presented with special emphasis to the basic results and the main limitations of such approaches. Next, we show that the classical Lagrangian description as proposed by Lima, Moreira & Santos (1998) for simple fluids, can be generalized to include fluid mixtures, and, therefore, more realistic cosmologies containing baryons, dark matter and dark energy, as well as, any kind of interaction among such components. In the lagrangian description, the dynamic behavior of the scale factor a(t), as predicted by the relativistic cosmologies, is replaced by the unidimensional motion of a test particle with mass m under the action of a classical potential, V(x), where x(t) is the coordinate of the particle. The treatment can be applied for many different scenarios of dark energy. In order to exemplify, we discuss with detail the following models containing dark matter and dark energy: XCDM, X(z)CDM, Lambda(t)CDM and the Chaplygin gas. For completeness, FRW type multidimensional models are also considered. For all these models, the curvature parameter k of the spatial sections in the relativistic cosmologies determines the total energy by the relation, E=-mk/2, as occurs in the simple fluid models. The dynamic property associated with the present accelerating stage of the Universe are univocally described in terms of the potential function of the system. Finally, by using the data from luminosity distance of supernovae type Ia, we discuss how the unidimensional potential can be reconstructed from the observations.

Na última década, o extraordinário progresso nas observações astronômicas (distâncias com supernovas (SNe Ia), espectros de potência da matéria e da radiação cósmica de fundo (RCF), determinação do brilho de aglomerados de galáxias, etc.) aliado com importantes desenvolvimentos teóricos, transformaram a Cosmologia numa das fronteiras mais excitantes da ciência contemporânea. Nesta tese, diferentes testes observacionais são utilizados para vincular alguns cenários cosmológicos acelerados (com e sem energia escura), todos eles definidos no contexto teórico da Relatividade Geral. Inicialmente, para uma grande classe de modelos com decaimento do vácuo, investigamos os vínculos provenientes da existência de objetos velhos em altos redshifts. No modelo de Chen e Wu generalizado, encontramos que o limite para o parâmetro livre descrevendo a taxa do decaimento do vácuo é 0,21 < n < 0,81. Este resultado descarta o modelo de Chen e Wu original (n=2) e também o modelo de concordância cósmica, LCDM (n=0). Além disso, quando incluímos o fluido bariônico em nossa análise do modelo de Wang e Meng, obtemos para seu parâmetro livre um limite inferior, epsilon > 0,231, um valor em desacordo com estimativas independentes baseadas em SNe Ia, RCF e o brilho de Raios-X de aglomerados. Propusemos também um teste estatístico com base nas idades estimadas para uma amostra de 13 galáxias velhas em altos redshifts. Através de uma análise conjunta envolvendo as idades das galáxias e as oscilações acústicas dos bárions (BAO), vinculamos o valor da constante de Hubble no contexto do modelo LCDM plano. Considerando um tempo de incubação adotado por diferentes autores, obtemos h=0,71±0,04 (1 sigma), um resultado de acordo com observações independentes baseadas em Cefeidas (obtidas com o Hubble Space Telescope) e outras estimativas mais recentes. Outro resultado interessante foi obtido através de uma análise termodinâmica para uma classe de modelos com interação no setor escuro (matéria escura-energia escura). Contrariamente ao que se pensava até então, encontramos que a termodinâmica permite que a matéria escura decaia em energia escura, contanto que ao menos uma das componentes possua um potencial químico não-nulo. Como complemento, mostramos que, para um termo de interação específico, dados de SNe Ia, BAO e RCF favorecem o decaimento da matéria escura com ~ 93% de confiança estatística. Investigamos também o comportamento do redshift de transição em diferentes cosmologias, com e sem energia escura, e mostramos que essa quantidade pode ter uma variação extrema dependendo do modelo cosmológico subjacente. Finalmente, discutimos também um novo modelo cosmológico cuja aceleração em baixos redshifts é determinada pela criação de partículas da matéria escura fria. O modelo representa uma redução do setor escuro, isto é, não tem energia escura, contém apenas um parâmetro livre e satisfaz os vínculos de Supernovas do tipo Ia tão bem quanto o modelo LCDM padrão. / In the last decade, the extraordinary progress of the astronomical observations (distances with supernovas, matter and cosmic background radiation (CBR) power spectrum, X-ray surface brightness of galaxy clusters, etc) associated with important theoretical developments turned Cosmology one of the most exciting frontiers of contemporary science. In this thesis, different observational tests are used to constrain several cosmological accelerating scenarios (with and without dark energy), all of them defined in the theoretical framework of General Relativity. Initially, for a large class of decaying vacuum models, we investigate the constraints provided by the existence of old high redshift objects. In the model proposed by Chen and Wu, we find that the limit for the free parameter describing the decay rate of the vacuum fluid is 0.21 < n < 0.81. This result ruled out the original Chen and Wu model (n = 2) and also the cosmic concordance model, LCDM (n = 0). Further, when we include the baryonic fluid in our analysis of the Wang and Meng model, we find for its free parameter a lower bound, epsilon > 0.231, a value in disagreement with independent estimates based on SNe Ia, CMB (shift parameter) and the X-ray surface brightness of galaxy clusters. We also propose a new cosmological statistical test based on the estimated ages of 13 old high redshift galaxies. By performing a joint analysis involving the ages of the galaxies and the baryon acoustic oscillations (BAO) probe, we constrain the value of the Hubble parameter in the context of the flat LCDM model. For an incubation time adopted by different authors, we find h = 0.71 ± 0.04 (1 sigma), a result in agreement with independent observations based on Cepheids (obtained with the Hubble Space Telescope) and other recent estimations. Another interesting result has been derived from a thermodynamic analysis for a class of models endowed with interaction in the dark sector (dark matter and dark energy). In contrast with some results appearing in the literature, we show that the decaying of cold dark matter into dark energy is not forbidden by thermodynamics, provided that the chemical potential of one component is different from zero. As a complement, we also show (for a specific term describing the interaction) that this kind of decaying is favored by SNe Ia, BAO and CMB data with ~ 93% of statistical confidence. We also investigate in detail the behavior of the transition redshift for different cosmologies (with and without dark energy). It is found that such a quantity may have an extreme variation that depends on the underlying cosmological model. Finally, we also discuss a new cosmological model whose acceleration at low redshifts is determined by the creation of cold dark matter particles. The model represents a reduction of the dark sector, that is, it has no dark energy, contains only one free parameter and satisfies the Supernovae type Ia constraints with the same precision of the standard LCDM model.