O mundo é moldado pela tecnologia: computadores, celulares, internet e vários outros equipamentos são responsáveis por mudanças nos hábitos de milhões de pessoas. Além disso, o conhecimento científico atual nos apresenta um Universo gigantesco e rico em figuras quase mitológicas, como aglomerados estelares e galácticos, expansão do espaço-tempo e um surgimento universal cataclísmico. E, no núcleo de todas estas inovações e informações, se encontra o conhecimento que chamamos de Física Moderna e Contemporânea. Seria de se esperar que o ensino de Física na escola média estivesse recheado de assuntos desta natureza, auxiliando os educandos a explorar e interpretar o mundo em que vivem e entender a ciência envolvida por trás destes equipamentos e descobertas. Porém, tais conteúdos ainda são a minoria dos tópicos abordados nesta disciplina. Este trabalho se insere neste contexto, procurando colaborar com a incorporação de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no ensino médio, através da apresentação do processo de construção de uma proposta curricular de Física diferenciada, aplicada a partir do ano de 2006 em uma escola particular paulistana. Nele explora-se o desenvolvimento e a aplicação da proposta que introduziu alguns tópicos de Astrofísica e Cosmologia no segundo semestre do curso da 1ª série do ensino médio da escola no ano de 2008. Observou-se, através de técnicas da Análise de Conteúdo, a aprendizagem de conceitos e a apropriação de certos elementos entendidos como fundamentais na proposta: alterações na visão dos educandos sobre o mundo e sobre o conhecimento físico. Percebeu-se, ainda, que alguns deles traçam correlações entre os conceitos ensinados e situações de seu cotidiano, apontando para uma experiência de ensino significativa. / The world is shaped by technology: computers, phones, internet and other equipment are responsible for habits changes of millions of people. In addition to this, the scientific knowledge available today indicates a huge Universe, rich in mythological figures, such as star and galaxies clusters, the expansion of space-time and a cataclysmic universal rise. At the core of these innovations and information is Modern and Contemporary Physics. We would expect the middle school teaching of physics to be filled with matters of this nature, allowing students to explore and interpret the world and to understand the science behind these devices and discoveries. However, these contents are still the minority of the topics covered by this course. This paper fits in this context, aiming at collaborating with the incorporation of subject matters from Modern and Contemporary Physics in high school, through the presentation of the construction of a differentiated curriculum in Physics, applied in 2006 at a private school in Sao Paulo. We explore the development and implementation changes in the proposal which introduced some topics for Astrophysics and Cosmology in the second semester of a secondary education schools first grade, conducted in 2008. Using techniques of Content Analysis, the learning of concepts and elements seen as essential in the proposal such as changes in students\' vision about the world and physical knowledge arise. The material analysis has allowed us to presume the ownership of some these elements. It has also been noticed that some students establish the relationship between the concepts learned and everyday life situations, pointing at a significant learning experience.

Nesta dissertação discutimos o processo da acreção de materia sobre objetos compactos em suas diferentes abordagens. Iniciando com o caso clássico, estudamos sua contraparte relativística e, por fim, investigamos a acreção de fluidos cosmológicos (energia escura e matéria escura) em buracos negros. Devido a simetria esférica adotada, a formação dos chamados discos de acréscimo é proibida (tanto no caso clássico quanto no relativístico) e, portanto, os problemas relacionados com a física dos discos (sua formação e evolução) não foram investigados. No contexto clássico, analisamos inicialmente a chamada acreçao de Bondi, onde o fluido acretado obedece a uma equação de estado politropica e o processo de acreção é descrito pela hidrodinâmica euleriana. A existância de 6 tipos possíveis de solucões para o campo de velocidades é identicada e suas consequências fsicas são discutidas em detalhe. Apenas uma dessas soluções descreve de forma fisicamente consistente o processo de acreção. A taxa de materia acretada é constante, um resultado esperado devido a hipotese de regime estacionário. O estudo do caso relativstico é completamente baseado na Teoria da Relatividade Geral, com o campo gravitacional do corpo central sendo descrito pela metrica de Schwarzschild. O processo relativstico também ocorre sob condições estacionárias e, portanto, a taxa de acreção resultante também é constante. Uma atenção especial foi dedicada para a acreção de fluidos cosmologicos satisfazendo uma equação de estado linear e tambem para o chamado gás de Chaplygin. Estudamos separadamente o comportamento espacial do fluido na região dominada pela acreção e também a influência da evolução cosmologica nas regiões mais distantes. Mostramos que a massa do buraco negro central pode apresentar uma evolução no tempo em escala cosmológica. Os resultados de Babichev (caso linear) e o gás de Chaplygin foram unicadamente descritos através de uma equacão de estado generalizada. Por fim, determinamos também sob que condições a acreção de matéria pode provocar mudancas significativas na massa do buraco negro. / In this dissertation the matter accretion process upon compact objects is discussed in its diferent approaches. Starting with the classical case, the relativistic type was studied and, in the end, the accretion of cosmological fluids (dark energy and dark matter) onto a black hole is investigated. Due to spherical symmetry adopted, the formation of accretion disks is forbidden (both in the classical and relativistic case) and, thus, the problems related to disk physics (the formation and evolution) were not investigated. On the classical approach, the so called Bondi accretion is examined, in which the matter flux occurs according to a polytropic equation of state and the accretion itself is described by the Eulerian hydrodynamic. The existence of 6 possible families of solutions for the velocity field is identied and its physical consequences are thoroughly discussed. Only one of these solutions describes the accretion process in a physically consistent manner. The mass accretion rate is found to be constant, as expected duo to the steady-state hypothesis. The relativistic approach is completely based on the General Relativity Theory. In this case, the gravitational field of the central body is described by the Schwarzschild metric. The relativistic process also occurs in steady-state conditions and, therefore, the accretion flux also is constant. A particular interest is given to the accretion of cosmological fluids with a linear equation of state and of Chaplygin gas. Both the spacial behaviour of the fluids in the accretion dominated region and their cosmological evolution in farther regions are looked into individually. The mass of the central black hole\'s evolution is shown to occur in cosmological times. The Babichev (linear equation of state) and Chaplygin results were unied through a generalised equation of state. At last, it is also determined under which conditions the accretion of cosmological fluids can have astonishing effects on the black hole\'s mass.

In this work we test a cosmological model with an interaction between dark energy and dark matter, where a tachyon scalar field plays the role of dark energy. With that in mind, we developed a numerical code that solves the background equations and extracts the cosmological parameters and we compared the results of the interacting tachyon model with those of other dark energy candidates. Our results show that the model indeed explains the observational data and has interesting cosmological properties, but might face challenges when compared to other dark energy candidates. / Neste trabalho testamos um modelo cosmológico com uma interação entre energia escura e matéria escura, onde um campo escalar taquiônico desempenha o papel da energia escura. Para isso, desenvolvemos um código computacional que resolve as equações numericamente e vincula os parâmetros cosmológicos e, assim, comparamos os resultados do modelo taquiônico interagente com os de outros candidatos à energia escura. Nossas análises mostram que o modelo, de fato, consegue explicar os dados observacionais, além de possuir propriedades cosmológicas interessantes, mas apresenta dificuldades quando comparado a outros modelos de energia escura.

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.

Cerca de 25% do conteúdo energético do universo se encontra sob uma forma de natureza ainda não determinada e é conhecida pelo nome de matéria escura. Desde as primeiras especulações acerca de sua existência (Zwicky ~ 1933), vários modelos foram propostos na tentativa de justificar os dados observacionais encontrados mas, até hoje, nenhum deles foi capaz de cumprir essa tarefa a contento. Nesta dissertação, apresentaremos uma breve discussão desses modelos, além de propor um novo, baseado na idéia de que tanto a matéria escura quanto a energia escura possam ser compostas pelo campo escalar de Born-Infeld. / Nearly twenty five percent of the energetic content of the universe appears in a form that is still unknown and is named dark matter. Since the first speculations about its existence (Zwicky ~1933), many models have been proposed trying to justify all the observed data but, until now, none of them has been able to solve this problem. In this monography, we will present a brief discussion about these models and propose a new one, based on the idea that both dark matter and dark energy could be the Born Infeld scalar field.

Nos encontramos atualmente em um momento histórico privilegiado para a cosmologia. Na última década, o grande progresso das observações astronô- micas permitiu que diversos modelos cosmológicos pudessem ser testados com grande precisão. Com uma série de resultados observacionais sendo lançados, obtivemos informações valiosas sobre a expansão acelerada do universo primitivo e a expansão acelerada atual. Em sua essência, tais esforços observacionais buscam esclarecer algumas das questões mais fundamentais da cosmologia moderna, como a compreensão do mecanismo responsável pela aceleração do universo. Muitas perguntas estão associadas à tal questão, entre elas podemos citar: (i) Qual a natureza da substância, ou qual a origem do fenômeno, que está atualmente acelerando a expansão do universo? (ii) Por qual razão esta expansão acelerada iniciou recentemente (nos últimos 5-8 bilhões de anos), e não no passado distante ou no futuro remoto? (iii) Qual a variante inflacionária que operou no universo primitivo e qual sua conexão (se existe alguma) com o atual estágio acelerado do universo? Em nossa compreensão, as indagações acima fazem parte dos maiores problemas da cosmologia atual. A ampla abrangência de tais questões significa que avanços em qualquer uma delas terá implicações teóricas e observacionais em outras áreas envolvendo a interface formada pela Astronomia, Cosmologia e Física de Partículas. As três questões acima estão diretamente conectadas com os objetivos do presente trabalho. Acreditamos também que seu estudo pode lançar alguma luz e melhorar nossa compreensão sobre questões mais fundamentais da física. Neste contexto, analisamos diferentes modelos cosmológicos para a acelera- ção do universo à luz dos mais recentes dados observacionais de supernovas, radiação cósmica de fundo e oscilações acústicas de bárions. Propomos, aqui, alternativas ao Modelo Padrão da Cosmologia, ao mostrar que diversos fenômenos físicos podem estar associados à expansão do universo, gerando a aceleração observada sem a necessidade de se introduzir componentes desconhecidas no universo além da matéria escura. Além de desenvolver uma revisão crítica do Modelo Padrão, discutimos nesta tese especialmente três modelos para a expansão acelerada do universo. O primeiro deles considera a aceleração cósmica como sendo efeito da criação quântica de partículas de matéria escura, ou radiação, às custas do campo gravitacional variando continuamente com a expansão do universo. O segundo modelo considera o processo de viscosidade volumar no fluido cosmológico como sendo responsável pela aceleração. Esta viscosidade volumar se deve à perda de equilíbrio termodinâmico durante a expansão do fluido. O terceiro modelo, o modelo de decaimento do vácuo, considera como responsá- vel pela aceleração uma energia do vácuo que decai nas outras componentes cósmicas continuamente ao longo do tempo. Analisamos as relações existentes entre estes três modelos, além do Modelo Padrão, e as condições sob as quais os mesmos fornecem uma dinâmica equivalente para o universo. Também obtemos interessantes vínculos para os parâmetros destes modelos ao fazermos, além de uma análise observacional, uma análise teórica baseada na dinâmica e na termodinâmica associada a cada cenário. Sugerimos que estes cenários são capazes de aliviar diversos problemas conceituais do Modelo Padrão da Cosmologia. Numa segunda etapa, mostramos que os processos físicos descritos acima podem ser responsáveis tanto pela aceleração cósmica atual, quanto pela aceleração primordial que se supõe ter ocorrido no universo antigo. Tal abordagem fornece uma descrição unificada para a evolução cosmológica. Acreditamos ser de fundamental importância que o processo que dirigiu a aceleração primordial possa ser relacionado com o mesmo responsável pela atual fase de expansão acelerada do universo. Além disto, é possível que as dificuldades que atingem a interface que une a Relatividade Geral, a Cosmologia e a Teoria Quântica de Campos possam ser amenizadas através de uma melhor compreensão do processo de criação gravitacional de partículas, do decaimento do vácuo e suas conexões com o contexto da inflação primordial. Para comparar e vincular os modelos propostos, analisamos também o processo de formação das estruturas cosmológicas nestes modelos. Introduzimos a teoria de perturbações cosmológicas, primeiramente, através de uma análise do Modelo Padrão. A partir daí, apresentamos uma abordagem mais geral para o tratamento das perturbações chamada teoria de campo efetiva para a inflação. Neste contexto, analisamos quais previsões são obtidas ao se quebrar algumas suposições usualmente assumidas nestes modelos. Por fim, através de uma análise do espectro de potências primordial do modelo de criação gravitacional de partículas e do modelo de viscosidade, mostramos, pela primeira vez, que os mesmos podem ser capazes de gerar um cenário inflacionário para o universo primitivo em concordância com as observações atuais. / We are currently in a privileged moment for cosmology. In the last decade, the great progress of astronomical observations made possible that several cosmological models could be tested with great accuracy. With several observational data being released we obtained valuable information concerning the primordial acceleration of the universe and the recent accelerated expansion. Essentially, these observational efforts aim to clarify some of the most fundamental questions of modern cosmology, which concerns the understanding of the mechanism responsible for the acceleration of the universe. Many questions are related to this issue, among them we can mention: (i) What is the nature of the substance, or what is the origin of the phenomenom, responsible for the acceleration of the expansion? (ii) For which reason the accelerated expansion started recently (within the last 5-8 billion years), and not in the distant past or distant future? (iii) What is the inflationary variant that operated in the early universe, and what is its connection (if there is any) with the current accelerated stage of the universe? In our understanding the above questions are part of the biggest problems in modern cosmology. The interconnection between these issues means that advances in any of them will have theoretical and observational implications in other areas involving the interface formed by Astronomy, Cosmology and Particle Physics. The three questions above are directly connected to the objectives of this work. We also belive that their study can shed some light in our understanding of the remaining issues. In this context, we analyze different cosmological models for the acceleration of the universe in the light of the latest data released from supernovae, cosmic microwave background and baryon acoustic oscillations, comparing the results with the ones concerning the Standard Model of Cosmology. We propose alternatives to the Standard Model of Cosmology, by showing that several physical phenomena can be associated to the expansion of the universe, producing the observed acceleration without the need to introduce unknown components in the universe besides the dark matter. In addition to developing a critical revision of the Standard Model, we discuss in this thesis especially three models for the accelerated expansion of the universe. The first one considers the cosmic acceleration as an effect of the creation of dark matter particles, or radiation, at the expense of the gravitational field varying continuously with the expansion of the universe. The second model considers the process of bulk viscosity in the cosmological fluid as being responsible for the acceleration of the universe. This bulk viscosity is due to the loss of local thermodynamic equilibrium during the expansion of the fluid. The third model, the vacuum decaying model, considers as responsible for the acceleration, a vacuum energy which decays continuously into other cosmological components. We analyze the relations between these three models, and also the Standard Model, and the conditions under which they provide an equivalent dynamic to the universe. We also obtain interesting constraints for the parameters of these models by making, besides an observacional analysis, a theoretical analysis based on the dynamics and thermodynamics associated to each scenario. We will show that these alternative scenarios are able to alleviate several theoretical problems of the Standard Cosmological Model. In a second part, we show that the physical phenomena described above may be responsible for the recent cosmic acceleration, as well as for the primordial acceleration that is supposed to have occurred in the early universe. Such approach provides an unified description for the cosmological history. We belive it is of great importance that the process responsible for inflation can be identified with the one responsible for the current phase of accelerated expansion of the universe. Moreover, it is quite possible that the difficulties concerning the interface connecting General Relativity, Cosmology and Quantum Field Theory can be reduced through a better understanding of the gravitational particle creation process, the decay of the vacuum and its connections with the primordial inflationary context. In order to constrain and compare the models proposed here, we also analyse the process of cosmological structure formation in these models. We firstly introduce the perturbation theory through an analysis of the Standard Model. Then we introduce a more general approach to the treatment of cosmological perturbations which is called effective field theory of inflation. In this context, we analyse which predictions are obtained when we break some of the assumptions usually imposed in these models. Finally, through an analysis of the primordial power spectrum of the gravitational particle creation model and the viscosity model, we show, for the first time, that these models are able to describe an inflationary scenario for the early universe totally in agreement with current observations.

Campos magnéticos de intensidade $\\sim \\mu$G são observados tanto em nossa galáxia, quanto em galáxias com alto desvio para o vermelho (\\emph{z}), onde o dínamo $\\alpha-\\Omega$ não deveria ter tempo para produzi-lo. Por conseguinte, uma origem primordial é indicada. Foi proposto que os campos primordiais surgiram em várias eras: durante a inflação, na transição de fase eletrofraca, na transição de fase quark hádron (TFQH), durante a formação dos primeiros objetos e durante a reionização. Nós sugerimos aqui, que estes campos magnéticos observados em galáxias através de medidas de rotação Faraday, têm sua origem em flutuações eletromagnéticas que naturalmente ocorreram no plasma quente e denso, existente logo após a TFQH. Nós evoluímos os campos previstos por nosso modelo até a época atual. O tamanho da região de coerência do campo magnético aumenta devido à fusão de regiões menores. Campos magnéticos de $\\sim 10 \\mu$G sobre regiões comóveis de $\\sim 1$ pc foram encontrados para \\emph{z} $\\sim 10$. Investigamos a amplificação destes campos sementes pelo dínamo turbulento em protogaláxias. A taxa de amplificação devido à um vórtice turbulento de raio $L$ com velocidade circular $V$ é da ordem de $V/L$. Enquanto o modelo padrão de dínamo tem um tempo de amplificação para um disco galáctico típico de $\\sim 10^{9}$ anos, o dínamo turbulento de pequena escala tem uma taxa de amplificação de $\\sim 10^{7}$ anos. Usamos as equações não-lineares para evolução da correlação magnética de forma a avaliar a evolução da amplificação destes campos na protogaláxia. Vários autores sugeriram uma origem gravitacional para os campos magnéticos em objetos celestes em rotação. Isto foi motivado em parte pela conjectura Schuster-Blackett (S-B), onde se propõe que os campos magnéticos em planetas e estrelas surgem devido à sua rotação. Neste cenário, correntes de massa neutra geram campos magnéticos, implicando na existência de um acoplamento entre os campos gravitacional e magnético. Nós também investigamos a possibilidade da conjectura S-B ser a origem dos intensos campos magnéticos em magnetares e \\emph{gamma ray bursts}. Além disso, estudamos a influência da pressões não térmicas, na determinação da massa de aglomerados de galáxias, usando dados públicos do XMM-Newton para 5 aglomerados de Abell. A pressão não térmica considerada aqui, é composta pelas componentes magnética e turbulenta. Nós consideramos estas duas componentes na equação do equilíbrio hidrostático e comparamos as estimativas de massa total, com os valores obtidos sem estas componentes. / Magnetic fields of intensities $\\sim \\mu$G are observed both in our galaxy and in high redshift (\\emph{z}) galaxies, where a mean field dynamo would not had time to produce them. Therefore, a primordial origin is indicated. It has been suggested that magnetic fields were created at various primordial eras: during inflation, the electroweak phase transition, the quark-hadron phase transition (QHPT), during the formation of the first objects, and during reionization. We suggest here that the magnetic fields observed in galaxies by Faraday Rotation Measurements (FRMs), have their origin in the electromagnetic fluctuations that naturally occurred in the dense hot plasma that existed just after the QHPT. We evolve the predicted fields to the present time. The size of the region containing a coherent magnetic field increased due to the fusion of smaller regions. Magnetic fields (MFs) $\\sim 10 \\mu$G over a comoving $\\sim 1$ pc region are predicted at redshift \\emph{z} $\\sim 10$. The amplification of these seed fields by the turbulent dynamo in a protogalaxy is here investigated. The e-fold amplification time by a turbulent eddy of radius $L$ with a circular velocity $V$ is on the order of $L/V$. Whereas the standard dynamo for a typical disk galaxy has an e-fold amplification time $\\sim 10^{9}$ years, the small scale turbulent dynamo has an e-fold time $\\sim 10^{7}$ years. We use the non-linear evolution equations for the magnetic correlations in order to analyze the amplifications of these fields in protogalaxies. Various authors have suggested a gravitational origin of the magnetic fields in rotating celestial bodies. It has been motivated, in part, by the Schuster-Blackett (S-B) conjecture, which suggests that the magnetic fields in planets and stars arise due to their rotation. In this scenario, neutral mass currents generate magnetic fields, implying the existence of a coupling between gravitational and electromagnetic fields. In this work, we investigate the possibility that the S-B conjecture is the origin of the intense magnetic fields near rotating compact objects, in particular connected with magnetars and gamma ray bursts. We also studied the influence of non-thermal pressure on the cluster mass determination using public XMM-Newton archival data for 5 Abell clusters. The non-thermal pressure considered here, is composed of the magnetic and the turbulent components. We also take into account these two non-thermal components in the hydrostatic equilibrium equation, and we compare the total mass estimated with the values obtained without assuming them.

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

Nesta pesquisa realizamos estudos sobre história da cosmologia, buscando estimular discussões a respeito de aspectos controversos da ciência, ou sobre a chamada \"natureza da ciência\". A partir de uma revisão de pesquisas que buscaram subsídios da história e da filosofia das ciências para o ensino de ciências, apresentamos e problematizamos a chamada \"visão consensual sobre a natureza da ciência\". Essa visão, que tem aparecido em muitas pesquisas recentes, considera que somente os aspectos não controversos dos debates sobre a natureza da ciência devam ser ensinados na educação básica. Com o objetivo de evidenciar o valor de controvérsias na educação, buscamos casos na história da cosmologia que parecem ter potencial para serem levados tanto para a formação inicial e continuada de professores, quanto para o ensino médio. Inicialmente, apresentamos várias influências complexas que atuaram durante o processo de criação e aceitação da teoria da expansão do universo, na primeira metade do século XX. Com base em duas visões antagônicas de filósofos da ciência sobre a mudança das teorias científicas, o racionalismo crítico de Lakatos e o anarquismo epistemológico de Feyerabend, criamos duas sínteses de obras sobre a história da cosmologia: uma reconstrução racional da história e uma história com maior espaço para a pluralidade de teorias e a presença de fatores usualmente considerados não racionais na ciência. Como forma de investigar a viabilidade de levar controvérsias para a educação básica, criamos uma sequência de ensino e aprendizagem estruturada a partir de um jogo, em que o objetivo geral foi gerar discussões sobre influências socioculturais sobre a ciência. Este tema é controverso, envolvendo tensões historiográficas (internalismo contra externalismo), filosóficas (racionalismo contra relativismo) e educacionais, já que educadores se mostraram preocupados com o risco de que ensinar ciências fazendo uso de uma história externalista, debatendo influências sociais sobre a ciência, poderia levar à desvalorização da ciência pelos estudantes. Nesse jogo, inspirado em estudos históricos mas também incluindo criações ficcionais, professor e alunos atuam como membros de uma organização de fomento à ciência e argumentam sobre o valor de teorias cosmológicas, no período entre 1914 a 1939. Para isso estudam tanto aspectos da história da cosmologia, como também da história política, cultural e econômica neste período. Com base na avaliação da sequência de ensino e aprendizagem em uma escola pública, argumentamos que é possível evitar o relativismo, desde que o professor esteja atento para esse risco. A maior parte dos argumentos dos estudantes mostrou que mesmo quando eles debatiam influências políticas sobre a ciência, erros, disputas de prioridade e até mesmo decisões irracionais de cientistas, mantinham a defesa de valores típicos da visão clássica de ciência como ideal viável a ser perseguido pela comunidade científica. / In this research we have performed studies on history of cosmology, aiming to stimulate discussions regarding controversial aspects of science, or about the so called \"nature of science\". After a review of recent researches which seek subsidies of history and philosophy of science for science education, we present and problematize the so called \"consensual view of the nature of science\". This view, which has been adopted by several researchers in the last decades, considers that only non controversial aspects of the debates about the nature of science should be taught in basic education. With the goal of highlighting the value of controversies in education, we have looked for cases on history of cosmology which seem to have potential to be taught both on teacher training courses and high school physics classes. Initially, we present several complex influences that were present during the process of creation and acceptance of the theory of the expansion of the universe, during the first half of 20th century. Based on antagonistic views of philosophers of science about changes on scientific theories, Lakatos\' critical rationalism and Feyerabend\'s epistemological anarchism, we have created two synthesis of secondary sources on history of cosmology: a rational reconstruction of history and a history with more attention to the plurality of theories and the presence of influences on science that are usually considered not rational. In order to investigate the viability of teaching controversies on basic education, we have created a teaching and learning sequence structured by a didactic game, whose general goal is to promote discussions about sociocultural influences on science. This is a controversial issue, related to historiographic tensions (such as internalism againt externalism), philosophical tensions (such as rationalism against relativism) and educational tensions, since educators have been concerned with the risk that teaching about external influences on science could lead students to devalue science. In this game, inspired by historical studies but also including fictional creations, the teacher and students play roles as members of a science funding agency and argue about the value of cosmological theories, in the period from 1914 to 1939. They study both aspects of history of cosmology, such as aspects of the political, cultural and economic history of this period. Based on the evaluation of this teaching and learning sequence in a public high school, we argue that it is possible to avoid relativism, if the teacher is aware about this risk. Most of the students arguments showed that even when they debated social influences on science, errors, priority disputes and even scientists\' irrational decisions, they kept the defense of values that are typical of the classical view of science as a plausible ideal to be pursued by scientific community.

Analisamos, em particular, a estabilidade das soluções tipo tracker. Nossa análise é global, baseando-se na existência de funções de Lyapunov para pontos críticos previamente identificados na literatura e já estudados no regime linear local. Aplicamos a metodologia desenvolvida no contexto cosmológico para encontrar soluções superaceleradas, definidas quando a equação de estado é muito negativa ( = p/ < -1), e estimar a bacia de atração em torno dos pontos fixos estáveis. Baseado nestes resultados, propomos um modelo livre de instabilidades clássicas e/ou quânticas capaz de descrever a recentemente descoberta fase de expansão acelerada do Universo, incluindo os eventuais regimes superacelerados levemente favorecidos pelos dados observacionais disponíveis atualmente. / We analyzes, in particular, the stability of tracker solutions. Our analyzes is global, based in the existence of Lyapunov functions for fixed points previously identified in the literature and studied in the local linear regime. The methodology developed in the cosmological context is applied to find superaccelerated solutions, defined when the equation of state is very negative ( = p/ < -1), and to obtain the attraction basin around the stable fixed point. Based in these results, we propose a model free of classical and/or quantum instabilities, capable of describing the recently discovered fase of accelerated expantion of the Universe, including the possible superaccelerated regime slightly favored by the available observational data.