Análise do modelo de mistura não gaussiana para o campo de flutuações da radiação cósmica de fundo

• Ano de defesa: 2003
• Autor(a) principal: Ana Paula de Almeida Andrade
• Orientador(a): Carlos Alexandre Wuensche de Souza, André Luis Batista Ribeiro
• Banca de defesa: Thyrso Villela Neto, José Carlos Neves de Araújo, Patrício Aníbal Letelier Sotomayor, Rogério Rosenfeld
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: Statistical studies of primordial density fluctuations offer a crucial test for cosmological models which intend to describe their origin and evolution. Basically we can divide the density fluctuations field in two distinct classes: one of them described by a gaussian statistics and the other encompassing all the other, non-gaussian, cases. In one side, we find the inflationary model, which predicts an angular power spectrum with gaussian, adiabatic fluctuations. On the other side, there are various models based upon topological defects which predicts spectra generated by isocurvature fluctuations obeying one or more non-gausssian statistics. This work investigates the basic characteristics of a mixed field model, composed by adiabatic and isocurvature fluctuations, with a probability distribution function (PDF) described by a non-gaussian statistics, in the context of the Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR). The investigation of the mixed field's properties were carried out using Monte Carlo simulations of the CMBR temperature field, assuming an initially mixed (slightly nongaussian) power spectrum and a linear evolution from the very early Universe until the decoupling epoch. The characteristics of the mixed model were studied in the CMBR angular power spectrum distribution and in the simulated, small angular scale, CMBR temperature maps, both generated assuming a mixed power spectrum and non-gaussian distribution for the fluctuations. The results indicate clear features in the CMBR power spectrum, even considered a very small mixing fraction (~ 0,1 %). Observed alterations clearly indicate the transfer of power in the fluctuations from intermediate angular scale (~ 1 degree) to small scale (~ 1-5 arcminutes). We interpret this result as an indication of stronger correlations for fluctuations inside the Hubble radius. The statistical description of fluctuations in a mixed field was carried out studying, in a non-gaussian context, both the average correlation function for a given field and the correlation function for high amplitude peaks. This description allows us to show the increase of the average correlation function for the density field as a function of the non-gaussian component. This work presents an original result describing the behavior of the CMBR angular power spectrum when adding a non-gaussian component to the original gaussian field. It can be used to understand the effects of non-gaussian contributions to the CMBR fluctuation field and also as a reference for future studies concerning physical processes which generated the density fluctuations in the early Universe. The predictions of the mixed field model, compared to the CMBR measurements in small angular scales can help to reveal the very nature of the primordial density fluctuations.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2003/08.19.09.45

Estudos estatísticos das flutuações primordiais de densidade podem oferecer um importante teste para os modelos cosmológicos que descrevem a origem e a evolução dessas flutuações. Basicamente, o campo de flutuações de densidade pode ser classificado em duas categorias distintas: uma delas descrita por uma estatística gaussiana e outra que engloba todas as estatísticas não gaussianas. De um lado, encontra-se o modelo inflacionário que prevê um espectro de flutuações adiabáticas distribuídas seguindo uma estatística gaussiana e, de outro, modelos de defeitos topológicos que descrevem um mecanismo para a geração de flutuações de isocurvatura que obedecem a uma distribuição não gaussiana. Este trabalho tem como objetivo investigar, no contexto das flutuações da Radiação Cósmica de Fundo (RCF), as características básicas do modelo de campo misto entre flutuações de origem adiabática e de isocurvatura, cuja função de distribuição é descrita por uma estatística não gaussiana. A investigação das propriedades do campo misto de flutuações foi realizada por meio de simulações Monte Carlo das anisotropias da RCF assumindo inicialmente um espectro misto de flutuações, com estatística ligeiramente não gaussiana e considerando a evolução linear dos campos de flutuações desde o Universo primordial até o momento do desacoplamento entre fótons e matéria. As características do modelo de mistura foram investigadas no espectro de potência angular da RCF e na simulação, em pequenas escalas angulares, dos mapas de temperatura, ambos gerados assumindo um espectro de potência misto e uma distribuição não gaussiana para o campo de flutuações. Os resultados obtidos indicam traços marcantes no espectro de potência da RCF, ainda que considerada apenas uma pequena fração de mistura entre os campos (da ordem de 0,1%). As alterações observadas claramente indicam a transferência de potência de flutuações em escalas angulares intermediárias (~ 1 grau) para flutuações em pequenas escalas angulares (1-5 minutos de arco). Nós interpretamos este resultado como a indicação de fortes correlações para as flutuações em escalas inferiores ao horizonte de Hubble. A descrição estatística do campo misto de flutuações foi realizada por meio do estudo, no contexto não gaussiano, da função de correlação média do campo e da função de correlação entre picos de grande amplitude. Esta descrição nos permite mostrar o aumento da função de correlação média para o campo de densidade em função da componente não gaussiana. Este trabalho apresenta resultados originais na descrição do comportamento do espectro de potência angular da RCF quando adicionada uma componente não gaussiana ao campo original. Este estudo pode auxiliar a compreensão dos efeitos das contribuições não gaussianas para o campo de flutuações da RCF e servir de referência para estudos futuros referentes aos processos físicos vigentes no Universo primordial que deram origem às flutuações de densidade. As previsões do modelo de campo misto, uma vez confrontadas com as observações da RCF em pequenas escalas angulares, podem ajudar a revelar a natureza das flutuações primordiais.