Made available in DSpace on 2015-05-14T12:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 989729 bytes, checksum: 3e97939bd59206a6ed90c89ca0467d17 (MD5) Previous issue date: 2011-05-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Cosmological models involving scalar fields allow the description of a phase of accelerated cosmic expansion and thus appear as a promising alternative for the study of the cosmic inflation and dark energy. We are interested here in analyzing these cosmological models. In particular, we will explore cosmological solutions based on the first order formalism. The inclusion of this method favors the search for analytic solutions with scalar fields in cosmology, and this is particularly important when we consider the component of nonrelativistic matter (dust) in the presence of dark energy, in order to construct a cosmological model capable of explaining, in good agreement with observational data, the current phase of cosmic acceleration. Considering a regime of Lorentz violation, the use of this method allowed us to verify that new considerations must be implemented so that the inflationary regime can now solve the problem of initial conditions. Another question of interest, which can be addressed with the aid of the first order formalism, takes into account the possibility of the dark energy equation of state parameter to be a constant other than −1 and in this case we get that a lot of fine-tuning is needed, which should be interpreted as strong evidence in favor of a dynamic model of dark energy. We also introduce the so-called deformation method on the slow-roll inflationary models, and we explore this framework in applications of current interest to this branch of research. / Modelos cosmológicos envolvendo campos escalares permitem a descrição de uma fase de expansão cósmica acelerada e, portanto, se apresentam como uma alternativa promissora no estudo da inflação cósmica e da energia escura. Estamos aqui interessados em analisar esses modelos cosmológicos; em especial, vamos explorar soluções cosmológicas baseadas no formalismo de primeira ordem. A inclusão desse método favorece a busca por soluções analíticas na cosmologia com campos escalares e isso é particularmente interessante no caso em que consideramos o componente de matéria não relativística (poeira) na presença da energia escura, afim de construir um modelo cosmológico capaz de explicar, em bom acordo com os dados observacionais, a atual fase de aceleração cósmica. Considerando um regime de violação de Lorentz, a utilização desse método nos permitiu verificar que novas considerações devem ser implementadas, para que o regime inflacionário possa resolver o problema das condições iniciais. Outra questão de interesse, que pode ser analisada com auxílio do formalismo de primeira ordem, leva em conta a possibilidade da equação de estado da energia escura ser um constante qualquer diferente de −1 e, nesse caso, obtemos que uma grande quantidade de ajuste fino é necessária, o que deve ser interpretado como uma forte evidência em favor de um modelo dinâmico de energia escura. Também introduzimos o chamado método de deformação a modelos inflacionários sob o regime de rolagem lenta e exploramos essa ferramenta em aplicações de corrente interesse na literatura.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:16:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PedroCF_TESE.pdf: 3741158 bytes, checksum: 14276162d36c87d8680aa0cc51164df9 (MD5) Previous issue date: 2014-02-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / A possible approach to the cosmological coincidence problem is to allow dark matter and dark energy to interact with each other also nongravitationally. Two general classes of interaction were considered in this thesis, characterized by a constant interaction parameter ( or ?). Their ability to address the coincidence problem was appraised and was shown that some models are capable to alleviate the problem. It is estimated the average accuracy required to distinguish interacting cosmological models from the conventional CDM scenario using the cosmic expansion rate H(z) data. The analysis is performed at two levels: through Monte Carlo simulations based on an interaction model, in which H(z) samples with different accuracies are generated, and through a semianalytic method that calculates the error propagation of the parameters or ? as a function of the error in H(z). It is shown that the semianalytical approach agrees with simulations and that to detect an interaction using H(z) data only, these must reach an accuracy better than 1% if the parameter is of the order of recent determinations (10?2). This means that, among the planned surveys, the Wide Field Infrared Survey Telescope has the best chance to detect an interaction, though at a low significance level. To determine more precisely the existence of an interaction it would be needed to combine the expansion data with other type of observation / Uma abordagem poss?vel para o problema da coincid?ncia cosmol?gica ? permitir que a mat?ria escura e a energia escura interajam uma com a outra tamb?m de forma n?o gravitacional. Nesta tese s?o consideradas duas classes gerais para tal intera??o, caracterizadas por um par?metro de intera??o constante ( ou ?). Sua capacidade de solucionar o problema da coincid?ncia ? avaliada e ? mostrado que alguns modelos s?o capazes de aliviar o problema. Em seguida, ? determinada a precis?o m?dia necess?ria para distinguir modelos cosmol?gicos com intera??o do Modelo Padr?o CDM usando dados da taxa de expans?o c?smica H(z). Esta an?lise ? realizada em dois n?veis: por meio de simula??es de Monte Carlo baseadas em modelos com intera??o, em que amostras de H(z) com diferentes precis?es s?o geradas, e atrav?s de um m?todo semianal?tico que calcula a propaga??o de erros dos par?metros ou ? em fun??o do erro em H(z). Mostra-se que a abordagem semianal?tica concorda com as simula??es e que para detectar uma intera??o usando somente dados de H(z) estes devem atingir uma precis?o melhor do que 1% se o par?metro for da ordem daquele indicado pelas determina??es mais recentes ( 10?2). Isso significa que, dentre os projetos observacionais planejados, o Wide Field Infrared Survey Telescope tem a melhor chance de detectar uma intera??o, embora em um n?vel de signific?ncia baixo. Para determinar de forma mais segura a exist?ncia de uma intera??o seria preciso combinar os dados da expans?o com outros tipos de observa??es.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-05-10T22:17:08Z No. of bitstreams: 1 WilliamJouseCostaDaSilva_DISSERT.pdf: 5382297 bytes, checksum: 99341cf7128a48e358799dd5a2fc1173 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-05-16T23:09:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 WilliamJouseCostaDaSilva_DISSERT.pdf: 5382297 bytes, checksum: 99341cf7128a48e358799dd5a2fc1173 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-16T23:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WilliamJouseCostaDaSilva_DISSERT.pdf: 5382297 bytes, checksum: 99341cf7128a48e358799dd5a2fc1173 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Nesse trabalho, investigamos uma abordagem geral para o modelo de intera??o entre as componentes do setor escuro do Universo usando argumentos termodin?micos amplamente conhecidos, ou seja, a positividade da entropia mais a segunda lei da termodin?mica. Neste sentido, apresentamos alguns v?nculos termodin?micos no par?metro da equa??o de estado (EoS) vari?vel do tipo = relacionado com a energia escura e que interage com a mat?ria escura, isto ?, consideramos uma intera??o fenomenol?gica entre a mat?ria escura fria e a energia escura como uma fun??o do fator de escala c?smico. Essa abordagem generaliza alguns modelos propostos na literatura: representa um modelo sem intera??o, enquanto que conduz ao modelo de intera??o constante entre as componentes escura do Universo. Por outro lado, e proporciona uma an?lise termodin?mica para a energia escura que exclui a chamada cosmologia fantasma. Al?m disso, tamb?m discutimos algumas consequ?ncias cosmol?gicas desta abordagem geral, comparando nossos resultados com os propostos usando a EoS constante, isto ?, ?(a)? ?_0 e ?(a)? ?(a).

Os recentes avanços em cosmologia observacional indicam que o universo esteja passando por uma fase de expansão acelerada. A determinação do mecanismo responsável pela aceleração cósmica constitui um dos problemas mais intrigantes na ciência hoje. Entre os diversos candidatos a mecanismo de aceleração, a explicação mais simples e econômica é assumir a existência de uma constante cosmológica associada à energia do vácuo. Contudo, essa interpretação leva a importantes problemas conceituais associados à natureza dessa componente. Nesta tese, investigamos a dinâmica de diferentes mecanismos de aceleração cósmica, comparando suas previsões com diversos testes observacionais. Em particular, demos ênfase aos cenários baseados na criação de matéria escura fria (CCDM), nos quais a presente aceleração do universo é produzida sem a presença de um fluido exótico, como consequência do processo de produção de partículas de matéria escura gravitacionalmente induzido. Inicialmente, propusemos um modelo no qual o mecanismo de criação de partículas é capaz de gerar uma cosmologia dinamicamente degenerada com o modelo padrão, CDM. Discutimos no chamado modelo de Lima, Jesus & Oliveira (LJO) a dinâmica cosmológica com criação de matéria escura fria e com pressão. Através de um teste estatístico de $\\chi^2$, mostramos que o modelo fornece ótimo ajuste aos dados de supernovas tipo Ia (SNe Ia). Posteriormente, estudamos a evolução de pequenas perturbações de densidade em um fundo homogêneo para modelos tipo CCDM, através do formalismo Neo-Newtoniano. Restringindo-nos ao modelo LJO, comparamos as previsões obtidas nesse contexto com as proveniente do modelo CDM. Mostramos que o modelo é capaz de fornecer excelente ajuste aos dados observacionais de medidas da taxa de crescimento linear, para o caso plano e com velocidade efetiva do som $c^2_=-1$. Ainda dentro do cenário CCDM, investigamos uma segunda proposta original, com capacidade de ajuste às observações similar aos modelos CDM e LJO com mesmo número de parâmetros livres, porém com dinâmica não degenerada com estes. Derivamos a dinâmica cosmológica do modelo e discutimos a sua viabilidade através da análise estatística de medidas de SNe Ia e do parâmetro de Hubble em diferentes redshifts $H(z)$. Finalmente, discutimos a dinâmica de um modelo com decaimento do vácuo ((t)CDM) e sua descrição em campos escalares. Assumindo como forma d o termo de vácuo uma série de potências truncada do parâmetro de Hubble, derivamos as equações dinâmicas básicas e as previsões cosmológicas do modelo. Mostramos que, quando a transferência de energia entre as componentes dos setor escuro se dá através da criação de partículas, modelos CCDM e (t)CDM podem compartilhar a mesma dinâmica e termodinâmica, dentro de certas condições. Adicionalmente, mostramos que o modelo é capaz de prover um bom ajuste às medidas de SNe Ia e da chamada razão CMB/BAO. Obtivemos ainda uma descrição do modelo (t)CDM por um campo escalar, estendendo a validade do modelo para outros espaços-tempos e outras teorias gravitacionais. Nossos resultados mostram que existem diversas alternativas viáveis ao atual modelo padrão em cosmologia, capazes de contornar os problemas as sociados à constante cosmológica. A discussão dessas alternativas é essencial para uma compreensão mais profunda acerca da dinâmica, da composição e do destino do universo. / Recent advances in observational cosmology indicate that the universe is undergoing an accelerating stage of expansion. The determination of the mechanism responsible for the cosmic acceleration is one of the most intriguing problems in science today. Among many candidates for the acceleration mechanism, the simplest and most economical explanation is to assume the existence of a cosmological constant associated with the vacuum energy. However, this interpretation leads to important conceptual problems associated with the nature of this component. In this thesis, we investigate the dynamics of different mechanisms of cosmic acceleration, comparing their predictions through several observational tests. In particular, we emphasize the scenarios based on creation of cold dark matter (CCDM), in which the present acceleration of the universe is produced without the presence of an exotic fluid as a result of the gravitationally induced dark matter production process. Initially, we have proposed a model in which the particle creation mechanism is able to produce a cosmology dynamically degenerated with respect to the standard model, CDM. We discussed the cosmological dynamics for the creation of cold dark matter and dark matter with pressure within the so-called model of Lima, Jesus & Oliveira (LJO). Through a statistical $\\chi^2$ test, we showed that the model provides a good fit to the type Ia supernovae (SNe Ia) data. Subsequently, we studied the evolution of small density perturbations in a homogeneous background for CCDM type models through the Neo-Newtonian formalism. Restricting ourselves to the LJO model, the predictions obtained in this context were compared with those from the CDM model. We showed that the model is able to provide a very good fit to the linear growth rate observational data, for a flat universe and effective speed of sound $c^2_=-1$. Also within the CCDM scenario, we discussed a second original proposal with similar goodnes-of-fit and same degree of freedom to the models CDM and LJO, but with a non-degenerated dynamics. We derived the dynamics of the model and discussed its viability through the statistical analysis of measurements of SNe Ia and Hubble parameter in different redshifts $H(z)$, obtaining results in complete agreement. Finally, we discussed the dynamics of a model with vacuum decay ((t)CDM) and its description by scalar fields. Assuming the form of the vacuum term as a power series in the Hubble parameter, we derived the basic dynamic equations and the cosmological predictions of the model. We showed that when the energy exchange between the components of the dark sector is through the creation of particles, CCDM models and (t)CDM can share the same dynamics and thermodynamics under certain conditions. Additionally, we showed that the model is able to provide a good fit to the SNe Ia data and measurements of the CMB/BAO ratio. We also derived a description of CDM model by a scalar field, extending the validity of the model for other space-times and other gravitational theories. Our results show that there are several viable alternatives to the current standard model of cosmology, able to overcome the problems associated with the cosmological constant. The discussion of these alternatives is essential to a deeper understanding of the dynamics,composition and fate of the universe.

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.

Uma série de observações advindas da medida da distância de supernovas tipo IA, idade das estrelas mais antigas, anisotropias da radiação cósmica de fundo, entre outras, evidenciam que o universo está passando por uma fase de expansão acelerada. Essa expansão está sendo causada por uma componente misteriosa denominada energia escura, que representa cerca de $70\\%$ do conteúdo total do universo, e cuja natureza é desconhecida. Para descrever a energia escura vários modelos têm sido propostos, entre eles, podemos destacar a energia do vácuo (constante cosmológica) e um campo escalar dinâmico (quintessência). Também são considerados modelos em que a energia escura interage com outro componente misterioso, a matéria escura. Existem vários testes observacionais para vincular os parâmetros desses modelos. Nesta dissertação, exploraremos um método baseado na idade de galáxias em altos redshifts e na idade do universo, conhecido em inglês como lookback time. / A number of observations arising from the measurement of distance of type IA Supernovae, age of oldest stars, anisotropy of cosmic microwave background, among others, show that the universe is undergoing a phase of accelerated expansion. This expansion is being caused by a mysterious component called dark energy, which represents about $70\\%$ of the total content of the universe, and whose nature is unknown. To describe the various dark energy models have been proposed, among them we highlight the vacuum energy (cosmological constant), and a dynamic scalar field (quintessence). Are also considered models in which dark energy interacts with another mysterious component, the dark matter. There are several observational tests to constraint the parameters of these models. In this dissertation, we explore a method based on age of galaxies at high redshift and the age of the universe, known as lookback time.

Orientador: Alberto Vazquez Saa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maurer_ManuelaGibimRodrigues_D.pdf: 2170208 bytes, checksum: c6e199a21845849c79ef9b7ed5cd71da (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nos últimos anos, a interpretação do cenário cosmológico sofreu inúmeras modificações, devido às contribuições das pesquisas em SNe Ia e em núcleos galáticos. Estes estudos evidenciam a presença de componentes exóticos no universo, a matéria e energia escuras. Os modelos de quintessência descrevem esta energia escura como um campo escalar acoplado à gravidade, considerando todo o universo permeado por ele. Na vizinhança de um buraco negro, este campo deverá ser absorvido, modificando a sua distribuição de massa. Esta acreção de massa exótica vem sendo interligada ao caso de buracos negros primordiais, sugerindo um possível mecanismo para a formação de buracos negros supermassivos. Utilizando uma abordagem quasi-estacionária, consideramos a evolução da massa de um buraco negro de Schwarzschild na presença de um campo cosmológico escalar não minimamente acoplado. A equação da evolução da massa é resolvida analiticamente para um acoplamento genérico, revelando um comportamento qualitativamente diferente do caso de acoplamento mínimo. Em particular, para buraco negros com massas menores que um certo valor crítico, o acréscimo do campo escalar pode levar à diminuição da massa, mesmo se nenhuma energia de phantom for envolvida. A validade física da abordagem quasi-estacionária adotada e algumas implicações do nosso resultado para evolução dos buracos negros primordiais e astrofísicos são discutidas. Mais precisamente, nós discutimos que os dados observacionais de buracos negros poderiam ser usados para colocar restrições no conteúdo de energia não minimamente acoplado / Abstract: In the last years, the interpretation of the cosmological scenario suffered uncountable modifications because of contribution of research in SNe Ia and galactic core. These studies demonstrate the presence of exotics components in the universe, the dark matter and the dark energy. Quintessencial models describe this dark energy as a scalar field coupled to gravity, considering the entire universe permeated by it. In the vicinity of a black hole, this field should be absorbed, modifying its distributions of mass. This accretion of this exotic mass has been interconnected at the case of primordial black holes, suggesting a possible mechanism for the formation of supermassive black holes. By using a quasi-stationary approach, we consider the mass evolution of Schwarzschild black holes in the presence of a nonminimally coupled cosmological scalar field. The mass evolution equation is analytically solved for generic coupling, revealing a qualitatively distinct behavior from the minimal coupling case. In particular, for black hole masses smaller than a certain critical value, the accretion of the scalar field can lead to mass decreasing even if no phantom energy is involved. The physical validity of the adopted quasi-stationary approach and some implications of our result for the evolution of primordial and astrophysical black holes are discussed. More precisely, we argue that black hole observational data could be used to place constraints on the nonminimally coupled energy content of the universe / Doutorado / Física das Particulas Elementares e Campos / Doutora em Ciências

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-08-14T18:45:23Z No. of bitstreams: 1 rafaeldacostanunes.pdf: 1210492 bytes, checksum: 899b8c4ec23d150bd63f9ec175070364 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-08-28T13:37:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rafaeldacostanunes.pdf: 1210492 bytes, checksum: 899b8c4ec23d150bd63f9ec175070364 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-28T13:37:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rafaeldacostanunes.pdf: 1210492 bytes, checksum: 899b8c4ec23d150bd63f9ec175070364 (MD5) Previous issue date: 2018-07-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Observações astronômicas realizadas nos últimos 20 anos envolvendo supernovas do tipo Ia, radiação cósmica de fundo e estruturas em grandes escalas, indicam que o Universo é descrito por um modelo cosmológico espacialmente plano e que se encontra atualmente em um estágio de expansão acelerada. A causa da aceleração é desconhecida e constitui um dos maiores desafios para a física moderna. O modelo que melhor descreve os dados, ACDM (modelo cosmológico com constante cosmologica mais matéria escura), apresenta inconsistências teóricas e, devido a esses problemas, a comunidade científica especializada vem propondo cenários alternativos ao modelo ACDM que possam ao mesmo tempo ajustar os dados observacionais e ter alguma fundamentação teórica consistente. Entre as alternativas á constante cosmológica é comum atribuir graus de liberdade adicionais para novas e exóticas formas de matéria com pressão negativa chamada de energia escura. Nesta tese, investigamos possíveis conexões entre cosmologia, gravitação e termodinâmica. Primeiro investigamos como estatísticas não-gaussianas combinadas com um cenário de gravitação entrópica pode afetar a dinâmica do Universo. Encontramos que essses cenários levam a uma modifição na constante de gravitação, que pode tornar o campo gravitacioaml mais fraco ou forte em grandes escalas. Comparamos nosso modelo de Universo com dados de Supernovas tipo Ia, oscilações acústicas bariônicas, taxa de expansão do Universo, e a função de crescimento das pertubações lineares da matéria. Em uma segunda parte, investigamos como limites impostos pelas condições de instabilidade termodinâmica pode restringir teoricamente modelos de energia escura. Mostramos que se fluidos escuros com uma equação de estado satisfazem essas condições de estabilidade, tal exigência coloca dificuldades sobre a existência de tais modelos. Comparando os vínculos termodinâmicos com os vínculos observacionais, notamos que uma porção muito significativa do espaço paramétrico para uma energia escura dinâmica é excluido quando comparado com as restrições impostas termodinâmicas. Acreditamos que esse resultado pode ser um passo importante na modelagem fenomenológica da energia escura. / Astronomical observations performed in the last 20 years involving type Ia Supernovae, cosmic microwave background and large scales structures, indicate that the Universe is described by a spatially flat cosmological model and is currently in an accelerated expansion state. The cause of the acceleration is unknown, and this is one of the greatest challenges in modern physics. The model that better describes the data, the ACDM model, presents technical inconsistencies, and because of these problems, the scientific community has been proposing alternative scenarios to ACDM model, which can simultaneously fits the observational data and have some consistent theoretical framework. Among the alternatives to a cosmological constant is common to assign additional degrees of freedom for new and exotic forms of matter with negative pressure called dark energy. In this thesis, we investigate the possible connections between cosmology, gravitation, and thermodynamics. We first investigate how thermodynamics beyond the Boltzmann-Gibbs statistics (non-Gaussian statistics) in combination with an entropic gravitational scenario can affect the dynamics of the Universe. We find that these scenarios lead to a change in the gravitational constant, which can make the gravitational field weaker or stronger at large scales. We compare our model of Universe with data from type Ia Supernovae, baryon acoustic oscillations (BAO), the rate of expansion of the University, and the growth function of the linear perturbations of matter. In the second part, we investigate how the limits imposed by the conditions of thermodynamic stability, can constrain theoretically dark energy models. We show that, if dark fluids with ! < 0 satisfy these conditions of stability, such requirement poses difficulties on the existence of such models. Comparing our thermodynamic limits with the observational constraints, we note that a very significant portion of the parametric space for a dynamical dark energy model is excluded when compared to the thermodynamic constraints. We believe this result can be an important step in modeling phenomenological of dark energy.

Orientador: Pedro Cunha de Holanda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:10:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Motta_MarieleKatherineFaria_D.pdf: 1550492 bytes, checksum: f768e755d887ba2e47b72fc56b22c14f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Gostaríamos de explorar as consequências da ausência de conhecimento prévio sobre o modelo correto para energia escura que permita interpretar as observações cosmológicas. A magnitude das distorções no espaço de redshift e da lente gravitacional fraca é determinada pela métrica na quais galáxias e luzes se propagam. Mostramos que, com observações precisas o suficiente, é possível utilizar estes dados para reconstruir a métrica no nosso cone de luz passado e portanto, o stress-anisotrópico e os potenciais gravitacionais podem ser medidos independentemente de modelo. Exploramos a degenerescência escura, ou o fato de que matéria e energia escura são indistinguíveis pois afetam o setor visível apenas através dos potenciais gravitacionais que produzem. Esta degenerescência permanece a menos que se suponha um modelo para energia escura: o bias entre galáxias e perturbações de matéria escura não pode ser determinado; e apenas quando o princípio da equivalência é assegurado, pode-se identificar a velocidade da matéria escura com a das galáxias. Mesmo com estas limitações, é possível construir testes para classes de modelos de energia escura que se baseiam em medidas em diferentes escalas e redshifts e não dependem de parametrizações ou condições iniciais. Demonstramos como se pode descartar a classe mais geral de modelos escalares-tensoriais sem precisar supor a validade do regime quasi-estático. Finalmente, discutimos como a degenerência escura se manifesta em uma análise dependente de modelo / Abstract: We would like to explore the consequences of having no prior knowledge about the correct model for dark energy that would allow us to interpret observations. The magnitude of redshift-space distortions and weak gravitational lensing is determined by the metric on which galaxies and light propagate. With precise enough observations it is then possible to use this data to reconstruct the metric on our past lightcone, therefore anisotropic stress and gravitational potentials can be measured in a model-independent way. We explore the dark degeneracy, or the fact that dark matter and dark energy are indistinguishable, for they affect the visible sector only through the gravitational potential they produce. This degeneracy remains unless a dark energy model is provided: the bias between dark matter and galaxies cannot be determined; and only when the Equivalence Principle is valid, one can identify the velocities of dark matter with that of the galaxies. In spite of these limitations, it is possible to construct tests for classes of dark energy models that are based on measurements at different scales and redshifts and do not depend on parametrizations or initial conditions. We demonstrate how one can rule out the most general class of scalar-tensor models without having to assume quasi-staticity. Finally, we discuss how the dark degeneracy manifests itself in a model-dependent analysis / Doutorado / Física / Doutora em Ciências