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Título: Quando Gravitação e Cosmologia Destoam do Padrão : Testando MOND e modelos de unificação do setor escuro
Autor(es): Velten, Hermano Endlich Schneider
Orientador: Júlio César, Fabris
Coorientador: Zimdahl, Winfried
Data do documento: 25-Nov-2011
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: O objetivo desta tese é investigar ideias alternativas para a cosmologia padrão (aqui, denotada pelo modelo CDM). Os dois principais ingredientes desta descrição padrão do meio cósmico são a matéria escura e a energia escura que, juntas, formam o setor escuro do Universo. Começamos nossa discussão com uma descrição alternativa para o fenômeno da matéria escura. Aplicamos a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND no inglês) ao aglomerado de galáxias de COMA. Nosso objetivo é reduzir o alto valor da razão massa-luminosidade (uma medida da quantidade de matéria escura) deste sistema. Esta proposta corresponde a parte astrofísica deste trabalho. Ao fim do capítulo 3 confirmamos que a matéria escura é uma componente fundamental do conteúdo de matéria-energia do Universo. Neste ponto ocorre uma transição na tese. Os capítulos 5, 6 e 7 (a parte cosmológica) é dedicada a modelos de unificação do setor escuro. De certa forma, estamos tratando agora com alternativas ao fenômeno da energia escura. Neste cenário de unificação, matéria escura e energia escura são diferentes manifestações de uma única componente escura. O gás de Chaplygin e um fluido com viscosidade volumétrica incorporam esta ideia. Mostramos que a dinâmica de fundo deste candidatos, para um Universo homogêneo e isotrópico, é compatível com os dados astronômicos (em particular, usamos Supernovas, surtos de raios gama e medidas indiretas da expansão de Hubble H(z)). No entanto, discutimos em detalhe as diferenças entre a dinâmica perturbativa (utilizada para explicar o processo de formação de estruturas) do gás de Chaplygin (adiabático) e do fluido viscoso (não adiabático). No nível perturbativo nossos observáveis cosmológicos são o espectro de potência da matéria, o efeito Sachs-Wolfe integrado e o efeito Mészáros. Mostramos que estes modelos de unificação apresentam algumas patologias, o que traz nossas atenções de volta ao modelo cosmológico padrão. De volta ao modelo CDM nós ignoramos a suposição de que a matéria escura é um fluido ideal e a fazemos mais real adicionando ao seu tensor momento-energia uma componente dissipativa (dada pela pressão de viscosidade volumétrica). Esta ideia origina o modelo vCDM que é estudado no capítulo 7. Encontramos que os recentes dados astronômicos permitem que matéria escura possua uma viscosidade máxima de 108Pa.seg. De certa forma, esperamos que este resultado possa significar uma nova predição que poderá ser testada nos futuros laboratórios de matéria escura.
The aim of this thesis is to investigate alternative ideas for the standard cosmology (here,denoted by theΛCDM model). The two main ingredients of such standard description ofthe cosmic medium are cold dark matter (CDM) and dark energy (DE), which together formthe dark sector. We start our discussion with an alternative description of the dark matterphenomena. We aply the Modified Newtonian Dynamics (MOND) to the COMA galaxy clusterin order to explain the large mass to light ratio of such system. This corresponds to the“astrophysical part” of this work. At the end of chapter 3 we state that dark matter is afundamental component of the cosmic energy budget. Then, it occurs a transition into thethesis. Chapters 5, 6 and 7 (the “cosmological part”) are devoted to unified models for the darksector. In some sense, we are dealing now with alternatives to thedark energy phenomena. Inthis unification scenario, DM and DE are different manifestations of a single dark component.The Chaplygin gas and the bulk viscous fluid realize this idea. The homogeneous and isotropicbackground dynamics of these candidates is well compatible with the data (in particular, weuse Supernovae, Gamma Ray-Bursts, indirectH(z)measurements). However, we discuss indetail de differences between the perturbative dynamics of theChaplygin (adiabatic) modeland the bulk viscous (nonadiabatic) one. At the perturbative level our cosmological probesare the matter power spectrum and the integrated Sachs-Wolfe effect. There appears somepathologies with these alternative components what bring our attentions back to the standardcosmology. Within theΛCDM conception for the Universe we relax the assuption that CDMis a ideal fluid make it “more real” by adding to its energy momentumtensor a dissipativecomponent (given by the bulk viscous pressure). This gives rise to theΛvCDM model studiedin chapter 7. We find that the current cosmological data allows CDM to have a viscosity of≤109Pa.seg. In some sense, we hope that this result could mean a new prediction to be testedin the future CDM laboratories.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7473
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