In the present monograph we study in detail the primordial gravitational waves in cosmologies with a decaying vacuum. The decaying vacuum models are an alternative to solve the cosmological constant problem attributing a dynamic to the vacuum energy. The problem of primordial gravitational waves is discussed in the framework of an expanding, flat, spatially homogeneous and isotropic FLRW Universe described by General Relativity theory with decaying vacuum energy density of the type $\\Lambda \\equiv \\Lambda(H)$. Two particular interesting limits of a class of decaying vacuum models were investigated. A first-order tensor perturbation term was introduced to the FLRW metric, the evolution equation of the perturbations was derived and then expressed in terms of a Fourier expansion, the time-dependent part decouples from the spatial part. The resulting equation has the form of a damped harmonic oscillator which depends on the scale factor, which carries all the cosmological and decaying vacuum characteristics. In the first model studied, the decaying vacuum has the form $\\Lambda \\propto H^2$. The gravitational wave equation is established and its time-dependent part has analytically been solved for different epochs in the case of a flat geometry. The main result is unlike the standard $\\Lambda$CDM cosmology (no interacting vacuum): in this model there is gravitational wave amplification during the radiation era, which in quantum field theory means graviton production. This difference is a clear signature of the decaying vacuum models which a eventual observation could give empirical clues about it. However, high frequency modes are damped out even faster than in the standard cosmology, both in the radiation and matter-vacuum dominated epoch. The physical gravitational wave quantities like the modulus of the mode function, power and gravitational wave energy density spectra generated at different cosmological eras are also explicitly evaluated. The second model studied is a decaying vacuum of the form $\\Lambda \\propto H^3$. This model drives a nonsingular flat cosmology which is termed complete in the sense that the cosmic evolution occurs between two extreme de Sitter stages. The particularity which makes interesting this model is that the transition from the early de Sitter era to the radiation phase is smooth avoiding the graceful exit problem. The gravitational wave equation is derived and its time-dependent part numerically integrated in a relevant period previously delimited. The gravitational wave solutions for the other eras were calculates analytically. Today\'s gravitational wave spectra were calculated and compared with the standard result where an abrupt transition is assumed. It is found that the stochastic background of gravitational waves is very similar to the one predicted by the cosmic concordance model plus inflation except for the higher frequencies. / Na presente monografia foi estudado em detalhe as ondas gravitacionais primordiais em cosmologias com decaimento do vácuo. Os modelos de decaimento do vácuo são uma alternativa para resolver o problema da constante cosmológica atribuindo uma dinâmica à energia do vácuo. O problema de ondas gravitacionais primordiais é discutida no âmbito de um Universo FLRW em expansão, plano, espacialmente homogêneo e isotrópico descrito pela teoria da Relatividade Geral com decaimento da densidade de energia do vácuo do tipo $\\Lambda \\equiv \\Lambda(H)$. Dois limites particularmente interessantes de uma classe de modelos de decaimento do vácuo foram trabalhados. Um termo tensorial perturbativo a primeira ordem foi introduzido na métrica de FLRW, a equação de evolução das perturbações foi derivada e depois expressada em termos de uma expansão de Fourier, a parte dependente do tempo desacopla-se da parte espacial. A equação resultante tem a forma de um oscilador harmônico amortecido que depende do fator de escala que carrega todas as características cosmológicos e do decaimento do vácuo. No primeiro modelo estudado, o decaimento do vácuo tem a forma $\\Lambda \\propto H^2$. A equação da onda gravitacional é estabelecida e a sua parte dependente do tempo foi resolvida analiticamente para diferentes épocas no caso de uma geometria plana. O resultado principal é que a diferença da cosmologia $\\Lambda$CDM padrão (sem decaimento do vácuo), neste modelo ocorre amplificação de ondas gravitacionais durante a era de radiação, que em mecânica quântica significa produção gráviton. Esta diferença é uma assinatura clara dos modelos de decaimento do vácuo que uma eventual observação poderia dar pistas empíricas sobre o assunto. No entanto, os modos de alta frequência são amortecidos ainda mais rápido do que na cosmologia padrão, tanto na era da radiação e da matéria-vácuo. As quantidades físicas das ondas gravitacionais, como o módulo da função de modos, espectros de potência e de densidade de energia de onda gravitacional geradas em diferentes eras cosmológicas também foram avaliadas explicitamente. O segundo modelo estudado é um decaimento do vácuo da forma $\\Lambda \\propto H^3$. Este modelo leva uma cosmologia plana não singular que é denominado completo no sentido de que a evolução cósmica ocorre entre duas eras de Sitter extremas. A particularidade que torna interessante este modelo é que a transição do início da era de Sitter era para a fase da radiação é suave evitando o graceful exit problem. A equação gravitacional é derivada e sua parte dependente do tempo foi integrada numericamente num período relevante previamente delimitado, as soluções das ondas gravitacionais para as outras eras foram calculadas analiticamente. Os espectros de hoje das ondas gravitacionais foram calculados e comparados com os cálculos padrão onde é assumida uma transição abrupta. Verificou-se que o fundo estocástico de ondas gravitacionais é muito semelhante ao previsto pelo modelo de concordância cósmica mais a inflação, exceto para as frequências mais altas.

Orientadores: Anderson Campos Fauth, Cecilia Bertoni Martha Hadler Chirenti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_GibranHenriquede_M.pdf: 5723676 bytes, checksum: 46d33c50292611540243a93798239014 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Usando como base um código computacional que integra numericamente as equações TOV, que descrevem o interior de corpos relativísticos de simetria esférica, com a equação de estado SLy, que fornece a pressão em função da densidade para a matéria nuclear em condições extremas se comparadas à matéria nuclear convencional, conseguimos descrever uma estrela de nêutrons realista e com esta simular a emissão de ondas gravitacionais, com a previsão de como seria seu tempo de decaimento e frequência / Abstract: Using as base a computer code that integrates numerically the TOV equations, which describe the interior of relativistic bodies of spherical symmetry, with the SLy equation of state, which provides the pressure in function of density for nuclear matter under extreme conditions when compared with conventional nuclear matter, we describe a realistic neutron star and simulate the emission of gravitational waves, with the predictions of how its decay rate and frequency will be / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Patricio A. Letelier Sotomayor / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-07-18T09:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giraldi_GilsonAntonio_M.pdf: 1912549 bytes, checksum: 53dde628f847263ee968d32f70ba4a19 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Neste trabalho consideramos ondas gravitacionais com simetria cilíndrica que possam ser reduzidas à forma de Einstein-Rosen. Dentre as componentes tetrádicas não nulas do tensor de Riemann-Cristoffel da métrica de interesse, destacamos 3 independentes que geram as demais. Escolhemos a classe de soluções polinomiais da equação de onda cilíndrica correspondente e analisamos as componentes tetrádicas independentes e os invariantes de curvatura calculados para alguns elementos desta classe. Analisamos também a Energia C no contexto do presente trabalho, concluindo que as duas definições propostas não se aplicam aos nossos casos. / Abstract: In this work, the gravitational waves with cylindrical symmetry wich can be reduced to the Einstein-Rosen form are considered. From the non-null tetradic components of the Riemann-Cristoffel tensor associated to this metric we distinguish tree independent component which generate the others. A polynomial class of solutions for the correspondent cylindrical wave equation is studied. We analyse the independent tetradic components and the invariants of curvature for some elements of this class. We also analyse the concept of C-Energy in the context of the present work. We conclude that both definitions proposed are not applicable in this case. / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

O objetivo deste trabalho foi determinar a massa do aglomerado de galáxias RXC J1504-0248, localizado em z = 0.215, através da análise de lentes fracas, e comparar os resultados com aqueles obtidos em trabalhos anteriores através da análise de raios-X. Imagens do aglomerado foram obtidos nas bandas r\', g\' e i\' com o detector GMOS do telescópio Gemini Sul. A partir dessas imagens, contruímos um catálogo de objetos no campo usando o software Sextractor (SE) (Bertin e Arnouts, 1996). Este software também foi utilizado para classificá-los como galáxias ou estrelas. Foram identificadas 172 galáxias neste campo, que também foram detectadas no Data Release 7 do Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Estas galáxias foram então usadas para obter uma calibração fotométrica das imagens, comparando as magnitudes instrumentais e do SDSS nas mesmas bandas. Após a calibração fotométrica, e através da comparação com imagens do CFHTLS obtidas em cores semelhantes, as galáxias foram classificadas como membros de cluster, foreground ou background, a partir de sua posição nos diagramas cor-cor e cor-magnitude. A reconstrução da massa do aglomerado através da análise de lentes gravitacionais foi realizada em duas etapas. Na primeira, foi utilizado o software IM2SHAPE, desenvolvido por Bridle et al. (1998), que modela os objetos, adicionando até três gaussianas, cada uma definida por seis parâmetros: as coordenadas do centro do objeto, x0 e y0, a elipticidade e, o ângulo de posição , o produto dos semi-eixos maior e menor ab, e a amplitude A. Inicialmente, o programa foi executado apenas para as estrelas do campo, com o objetivo de se obter uma estimativa da distribuição da PSF. A estimativa foi então utilizado como entrada para a análise das galáxias. Na segunda etapa, para estimar a massa do aglomerado foi utilizado o programa LENSENT, desenvolvido por Marshall et al. (2002), cujos parâmetros de entrada são a elipticidade das galáxias de fundo e seus erros. Na técnica de lentes gravitacionais fracas, a dependência radial da deformação das galáxias de fundo permite determinar o perfil de massa do aglomerado. Para estimar a massa, ajustamos um perfil de uma Esfera Isotérmica Singular (SIS, na sigla em inglês), e determinamos o valor da massa dentro de um raio de 3Mpc, 1.3 ± 0.6 x 10¹ Msol. O resultado é consistente com o obtido por Bohringer et al., 2005, 1.7 x 10¹ Msol, através da análise em raios-X. Comparando o mapa de distribuição de luminosidade e da emissão de raios-X concluímos que eles são muito semelhantes à distribuição superficial de massa, resultado que indica equilíbrio. / In this work we studied the galaxy cluster RXC J1504-0248, at z=0.215, from images in the bands r\', g\' and i\' obtained with Gemini South telescope. The photometric calibration was performed by comparison with field objects identified in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). From the analysis of color-color and color-magnitude diagrams, galaxies in the field were then divided into cluster members, background and foreground objects. We determined the PSF using the IM2SHAPE program \\cite{Bridle98}. These results enabled us to obtain the cluster projected mass distribution through a weak lensing analysis performed with the LENSENT program \\cite{Marshall02}. We also shown that the cluster luminosity distribution and the X-ray emission are consistent with the mass map. Using a SIS model, we estimated the mass of the cluster, obtaining 1.3 x 10¹ Msun, consistent with the mass obtained in a previous X-ray analysis, 1.7 x 10¹ Msun, by \\cite{Bohringer05}.

O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito de melhor compreendermos a estrutura interna de objetos compactos, mais especificamente de estrelas híbridas. Para tal fizemos um estudo detalhado sobre a estrutura interna desta classe de estrelas utilizando o modelo de Nambu-Jona-Lasineo (NJL) em sua versão SU(3). No entanto, na tentativa de obtermos uma configuração estelar estável, impusemos uma modificação ao modelo, um cutoff dependente do potencial químico. Mostramos que com uma nova parametrização de cutoff é possível alcançar o objetivo traçado, uma estrela compacta com núcleo de quarks estável. Dando sequência ao trabalho, mensuramos a possibilidade de se detectar um sinal gravitacional oriundo de modos quasi-normais f e p de estrelas compactos na banda de frequência de detectores de massa ressonante. Verificamos que na banda de frequência de detectores esféricos é promissora uma futura detecção de um sinal gravitacional emitida pelo modo f de estrelas muito compactas, tais como estrelas de quarks. Verificamos ainda a influência dos parâmetros da equação de estado que rege a estrutura interna de determinada estrela com a frequência e o tempo de decaimento do sinal gravitacional emitido. Por fim, apresentamos um novo método de análise de dados para detectores de ondas gravitacionais esféricos, o método de barras independentes. Mostramos que com este somos capazes de resolver o problema inverso em detectores esféricos independente da configuração de transdutores sob a superfície esférica.

Esta tese tem como objetivo o estudo de aspectos dinâmicos e estatísticos da matéria escura em distribuições esféricas de massa. O fato de suas partículas constituintes interagirem gravitacionalmente mas não eletromagneticamente, e portanto sua evolução ser regida por interações de longo alcance, traz algumas complicações teóricas na descrição de suas propriedades nos termos da mecânica estatística, dificuldades compartilhadas com sistemas auto-gravitantes em geral. Para melhor compreender essas propriedades, estudamos as distribuições de matéria escura em três abordagens diferentes. Na primeira, utilizamos dados observacionais, utilizando lentes gravitacionais, em aglomerados de galáxias para comparar a performance de alguns modelos propostos para o perfil de densidade da matéria escura. Dividimos estes modelos em fenomenológicos ou teóricos. Dos primeiros, todos são capazes de descrever os dados observacionais com performance comparável. Entre os modelos teóricos estudados, o modelo chamado DARKexp descreve os dados tão bem quanto os primeiros. Numa segunda abordagem, utilizamos dados de simulações numéricas para testar uma função proposta para a distribuição de velocidades das partículas. Esta função inclui a anisotropia no campo de velocidades na chamada distribuição q-gaussiana. Comparamos a performance desta função com a da função gaussiana e concluímos que a primeira representa uma melhor descrição dos dados, mesmo levando em conta a introdução de um parâmetro extra, apesar de ainda apresentar algumas discrepâncias, especialmente nas regiões internas dos halos. Por fim, discutimos a possível relevância do conceito de indistinguibilidade na determinação dos estados de equilíbrio de sistemas auto-gravitantes em geral, propondo uma associação deste conceito com o nível de mistura do sistema. Implementamos esta associação numa análise combinatória e estudamos as conseqüências para a determinação da função distribuição e do perfil de densidades. Esta associação também levanta algumas dúvidas sobre a validade da equação de Vlasov durante o processo de relaxação violenta. / This thesis aims to study the dynamic and statistical aspects of dark matter in spherical distributions. The fact that their constituent particles interact gravitationally but not electromagnetically, and therefore its evolution is governed by long-range interactions, brings some theoretical complications in their description in terms of the statistical mechanics, difficulties shared with self-gravitating systems in general. To better understand these properties, we studied the distributions of dark matter in three different approaches. First, we used observational data, using gravitational lensing in galaxy clusters to compare the performance of some proposed models for the dark matter density profile. We divide these models in phenomenological or theoretical. All of the formers are able to describe the observational data with comparable performance. Among the theoretical models studied, the model called DARKexp describes the data as well as the formers. In a second approach, we use numerical simulation data to test a proposed function for the velocity distribution. This function includes the velocity anisotropy into the so called q-Gaussian distribution. We compared the performance of this function with the Gaussian function and concluded that the first is a better description of the data, even taking into account the introduction of an extra parameter, although still presenting some discrepancies, especially in the inner regions of the halo. Finally, we discuss the relevance of the concept of indistinguishability in determining the states of equilibrium of self-gravitating systems in general, suggesting an association of this concept with the mixing level of the system. We implement this association in a combinatorial analysis and study the consequences for the determination of the distribution function and the density profile. This association also raises some questions about the validity of the Vlasov equation during the process of violent relaxation.

Esta tese tem como objetivo o estudo de aspectos dinâmicos e estatísticos da matéria escura em distribuições esféricas de massa. O fato de suas partículas constituintes interagirem gravitacionalmente mas não eletromagneticamente, e portanto sua evolução ser regida por interações de longo alcance, traz algumas complicações teóricas na descrição de suas propriedades nos termos da mecânica estatística, dificuldades compartilhadas com sistemas auto-gravitantes em geral. Para melhor compreender essas propriedades, estudamos as distribuições de matéria escura em três abordagens diferentes. Na primeira, utilizamos dados observacionais, utilizando lentes gravitacionais, em aglomerados de galáxias para comparar a performance de alguns modelos propostos para o perfil de densidade da matéria escura. Dividimos estes modelos em fenomenológicos ou teóricos. Dos primeiros, todos são capazes de descrever os dados observacionais com performance comparável. Entre os modelos teóricos estudados, o modelo chamado DARKexp descreve os dados tão bem quanto os primeiros. Numa segunda abordagem, utilizamos dados de simulações numéricas para testar uma função proposta para a distribuição de velocidades das partículas. Esta função inclui a anisotropia no campo de velocidades na chamada distribuição q-gaussiana. Comparamos a performance desta função com a da função gaussiana e concluímos que a primeira representa uma melhor descrição dos dados, mesmo levando em conta a introdução de um parâmetro extra, apesar de ainda apresentar algumas discrepâncias, especialmente nas regiões internas dos halos. Por fim, discutimos a possível relevância do conceito de indistinguibilidade na determinação dos estados de equilíbrio de sistemas auto-gravitantes em geral, propondo uma associação deste conceito com o nível de mistura do sistema. Implementamos esta associação numa análise combinatória e estudamos as conseqüências para a determinação da função distribuição e do perfil de densidades. Esta associação também levanta algumas dúvidas sobre a validade da equação de Vlasov durante o processo de relaxação violenta. / This thesis aims to study the dynamic and statistical aspects of dark matter in spherical distributions. The fact that their constituent particles interact gravitationally but not electromagnetically, and therefore its evolution is governed by long-range interactions, brings some theoretical complications in their description in terms of the statistical mechanics, difficulties shared with self-gravitating systems in general. To better understand these properties, we studied the distributions of dark matter in three different approaches. First, we used observational data, using gravitational lensing in galaxy clusters to compare the performance of some proposed models for the dark matter density profile. We divide these models in phenomenological or theoretical. All of the formers are able to describe the observational data with comparable performance. Among the theoretical models studied, the model called DARKexp describes the data as well as the formers. In a second approach, we use numerical simulation data to test a proposed function for the velocity distribution. This function includes the velocity anisotropy into the so called q-Gaussian distribution. We compared the performance of this function with the Gaussian function and concluded that the first is a better description of the data, even taking into account the introduction of an extra parameter, although still presenting some discrepancies, especially in the inner regions of the halo. Finally, we discuss the relevance of the concept of indistinguishability in determining the states of equilibrium of self-gravitating systems in general, suggesting an association of this concept with the mixing level of the system. We implement this association in a combinatorial analysis and study the consequences for the determination of the distribution function and the density profile. This association also raises some questions about the validity of the Vlasov equation during the process of violent relaxation.

[pt] Nessa dissertação foi realizada uma revisão da teoria elementar das lentes gravitacionais, fazendo ênfase no estudo do efeito que tem a massa dos neutrinos no atraso gravitacional de sinais provenientes de fontes distantes e que são desviados quando passam perto de uma distribuição de massa localizada entre a fonte e o observador. Para isto, dentro dos limites de massa que fornecem os atuais experimentos de oscilação de neutrinos, decaimento beta e a cosmologia, se estudou a contribuição à densidade de energia não relativista que hoje têm os neutrinos de fundo cósmico. Em base a esses resultados, fizemos uma comparação porcentual entre a distância do diâmetro angular para um valor de massa do neutrino permitido e o valor da distância quando a massa é zero. Esta análise foi feita sob o arcabouço do modelo cosmológico padrão para dois casos possíveis da condição de normalização para os parâmetros de densidade de radiação e constante cosmológica são fixos e o segundo caso quando o parâmetro densidade de energia de matéria é fixo como também o parâmetro densidade de radiação e, portanto deixando variáveis os parâmetros densidade de neutrinos na medida do atraso das sinais é desprezível para o primeiro caso e tem uma contribuição de ordem de um por cento para o segundo caso. / [en] In the presente work I carried out an review of the elementar theory of gravitational lensing. It is mainly emphasizing to study the effect it would have neutrino mass in the time delay of signals from distant sources which are deflected due to the presence of a mass distribution that acts as a lens. To do this, for the mass values provided by neutrino oscillation, beta decay experiments and cosmology, we study the presente contribution of cosmic background neutrinos to energy density of universe. Based on these results, it was made a comparison between the angular diameter distance when the mass is zero. All this was done from the perspective of the standard cosmological model under two possible cases for the normalization condition of the energy density parameters presente in the universe: first, when the radiation and cosmological energy density parameters are fixed and second when the parameters for matter and radiation are fixed. It was found that the effect of the neutrino mass on time delay measurement is negligible for the first case and has a contribution of the order of one percent for the second case.

Através de várias simulações em um programa de elementos finitos fez-se uma série de estudos de uma esfera conectada a casadores de impedância mecânicos com dois formatos diferentes: "bico de passsarinho", criado nesta pesquisa, e "cogumelo". Por limitação de tempo de processamento computacional escolheu-se trabalhar com casadores de impedância mecânicos com formatos mais simples que os utilizados no detector Mário Schenberg. Constatou-se que os modos normais do sistema acoplado não são exatamente degenerados. Fica clara a dificuldade em se encontrar um grupo de casador de impedância mecânico que possa ser calibrado da mesma forma em todos os diferentes modos de detecção. Para o casador de impedância com formato de cogumelo foi identificado um conjunto de dimensões que permite que todos os transdutores sejam calibrados da mesma forma / Using simulation in Finite Element Modeling software a series of studies of a sphere connected to mechanical impedance mantchers with two different shapes: beak shape na mushroom shape. For computer processing limitation time, the work was done with simpler shapes than the one used in Mário schenberg Detector. It was shown that the system vibration normal modes are not exactly degenerated. It’s clear the dificcult in finding a set of mehanical macthers that can be calibrated in the same way in all the different detector modes

Através de várias simulações em um programa de elementos finitos fez-se uma série de estudos de uma esfera conectada a casadores de impedância mecânicos com dois formatos diferentes: "bico de passsarinho", criado nesta pesquisa, e "cogumelo". Por limitação de tempo de processamento computacional escolheu-se trabalhar com casadores de impedância mecânicos com formatos mais simples que os utilizados no detector Mário Schenberg. Constatou-se que os modos normais do sistema acoplado não são exatamente degenerados. Fica clara a dificuldade em se encontrar um grupo de casador de impedância mecânico que possa ser calibrado da mesma forma em todos os diferentes modos de detecção. Para o casador de impedância com formato de cogumelo foi identificado um conjunto de dimensões que permite que todos os transdutores sejam calibrados da mesma forma / Using simulation in Finite Element Modeling software a series of studies of a sphere connected to mechanical impedance mantchers with two different shapes: beak shape na mushroom shape. For computer processing limitation time, the work was done with simpler shapes than the one used in Mário schenberg Detector. It was shown that the system vibration normal modes are not exactly degenerated. It’s clear the dificcult in finding a set of mehanical macthers that can be calibrated in the same way in all the different detector modes