Cosmologia, criação de partículas e redução do setor escuro

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Trevisani Junior, Sérgio Ricardo Galindo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: (Physical) Cosmology; Accelerating Universe; Cosmic Microwave Background (CMB); Cosmologia (Física); Creation of Particles; Criação Gravitacionalmente Induzida de Partículas; General Relativity; Redução do Setor Escuro e Teoria Cinética Relativística.; Reduction of Dark Sector; Relatividade Geral; Relativistic Kinetic Theory.; Universo Acelerado
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14131/tde-17042023-154446/

Embora a atual condição dinâmica de expansão acelerada do Universo seja fisicamente bem estabelecida no presente, a substância (ou mecanismo) responsável por essa expansão permanece desconhecida. Nesta tese propomos como possível mecanismo para descrever a expansão um novo tipo de modelo cosmológico relativístico, plano, com ``criação de partículas\'\' e sem energia escura, i.e., com ``redução do setor escuro\'\'. No início do desenvolvimento proposto neste trabalho, consideramos haver criação gravitacionalmente induzida de todas as espécies de partículas componentes do multifluido cosmológico. Assim, o atual estágio acelerado de expansão do Universo pode ser descrito como um efeito da pressão negativa oriunda da criação de quaisquer destas espécies. A cosmologia resultante do modelo hipotético em questão pode ser descrita macroscopicamente no caso geral (quando a taxa de criação do número de partículas é distinta da taxa de criação de entropia) e também cineticamente (além de macroscopicamente) no caso ``adiabático\'\' (em que as taxas de produção são iguais). Mostramos ainda que, considerado este mesmo caso ``adiabático\'\', as expressões para pressão de criação e lei de temperatura conhecidos em literatura também podem ser identicamente recuperados. Nossa abordagem inicial sugere a possibilidade de um tratamento cinético gravitacional e quântico (semi-clássico) para a criação, incorporando efeitos de ``back reaction\'\' para um conjunto arbitrário de componentes dominantes. No entanto, ao longo do desenvolvimento da tese, observou-se que a emulação completa deste modelo com o $\\Lambda$CDM é quebrada quando a criação de fótons da CMB (e neutrinos) é levada em conta. Aqui uma nova perspectiva de estudo das distorções da CMB é sugerida. Nestes termos rediscutimos, no âmbito da produção de fótons da CMB no Universo em expansão, a relação temperatura x redshift (termômetro cósmico). Em particular, mostramos que a lei de temperatura estendida pode ser derivada com base em três métodos distintos. O tratamento cinético revela que, considerada a criação ``adiabática\'\' destes fótons da CMB, o espectro planckiano é preservado no decorrer da expansão; bem como que as anisotropias e distorções no espectro de potência da CMB podem ser tratadas adequadamente. O novo termômetro cósmico sugere um teste crucial ao modelo de concordância cósmica padrão no setor térmico. Por fim, é de se notar que a presente análise abre uma nova janela para investigar a tensão de Hubble uma vez que a criação de todas as componentes altera ligeiramente os resultados da CMB e o histórico de expansão tanto nos primórdios do Universo quanto nos tempos atuais.