Perturbações cosmológicas escalares para um gás degenerado de férmions / Scalar cosmological perturbations for a degenerate Fermi gas
AUTOR(ES)
Eder Leonardo Duarte Perico
DATA DE PUBLICAÇÃO
2011
RESUMO
O assunto deste estudo é formação de estruturas em grandes escalas em um universo plano dominado por radiação, matéria escura fria e constante cosmológica como modelo de energia escura no caso particular de presença de um gás degenerado de férmions (GDF) não interagentes como fluído de teste. Nosso modelo admite uma evolução linear das perturbações cosmológicas como também se limita a perturbações escalares, responsáveis pela formação de estruturas. O objetivo principal é analisar a contribuição do GDF no espectro de potências da matéria no presente após uma evolução isentrópica das perturbações primordiais, e compará-la com resultados obtidos para neutrinos cosmológicos. Neste caso, teremos uma mudança contínua de comportamento do GDF de gás ultra-relativístico para não relativístico, o qual aconteceria durante o período de domínio da matéria. Com o objetivo de obter expressões analíticas para a evolução temporal das perturbações do GDF tivemos que fazer o estudo destas em quatro casos diferentes: no período de domínio da radiação, no período de domínio da matéria escura, na escala de super-horizonte durante a transição entre estes dois períodos, e finalmente no período de domínio da constante cosmológica. Fomos bem sucedidos ao chegar a resultados consistentes utilizando dois caminhos diferentes: no primeiro, usando a equação de conservação do tensor momento energia para um gás ideal de férmions totalmente degenerado e não interagente, e no segundo, usando a equação de Boltzmann para um gás de férmions fortemente degenerado e também não interagente. Os dois métodos analíticos levam à mesma solução para as perturbações do GDF quanto escritas até primeira ordem em teoria de perturbações. De forma complementar, os nossos resultados numérico mostram um aumento no espectro de potências da matéria para escalas intermediárias se comparado com a contribuição dos neutrinos massivos. Finalmente estendemos nossa análise numérica ao substituirmos a matéria escura fria CDM e a constante cosmológica por um gás generalizado de Chaplygin GCG como modelo efetivo para o setor escuro do universo, mantendo as condições de contorno que envolvem as densidades médias, e as condições iniciais para as perturbações
ASSUNTO(S)
gás degenerado de férmions gás generalizado de chaplygin perturbações cosmológicas escalares calibre sincrônico calibre longitudinal degenerate fermi gas generalizated chaplygin gas scalar cosmological perturbations synchronous gauge longitudinal gauge
