Doutorado: Cosmologia, Criação de Partículas e Redução do Setor Escuro

 

Embora o presente estado acelerado do Universo seja bem estabelecido, a substância ou mecanismo responsável por sua expansão acelerada permanecem desconhecidos. Nesta tese, propomos um novo tipo de modelo relativístico plano, acelerado e sem energia escura, ou seja, com redução do setor escuro. O número de partículas de todas as espécies compondo o multifluido cosmológico não é conservado e o atual estágio acelerado do Universo é um efeito da pressão negativa oriunda da criação de quaisquer destas espécies. A cosmologia resultante pode ser descrita tanto macroscópicamente quanto cineticamente. A pressão de criação e a lei de temperatura para cada espécie de partícula desacoplada também é cineticamente deduzida. Nossa abordagem sugere a possibilidade de um tratamento cinético gravitacional e quântico (semi-clássico), incorporando efeitos de back reaction para um conjunto arbitrário de componentes desacopladas dominantes. Como ilustração temos uma cosmologia que nos estágios mais recentes é impulsionada pela criação de matéria escura fria e bárions (sem energia escura, $\Omega_{\Lambda} \equiv 0$) e cuja dinâmica evolui como $\Lambda$CDM. No entanto, a emulação completa é quebrada quando a criação de fótons e neutrinos é adicionada à mistura. Uma nova perspectiva de estudo das distorções da CMB também é sugerido. Apresentamos ainda uma formulação cinética com criação "não-adiabática" gravitacionalmente induzida de todos os tipos de partículas. Finalmente, rediscutimos no âmbito da produção de fótons no Universo em expansão a relação temperatura - redshift (termômetro cósmico). Em particular, mostramos que a lei de temperatura estendida pode ser derivada com base em três métodos distintos, a saber: (i) através de uma abordagem heurística, (ii) com base na termodinâmica macroscópica irreversível com criação de fótons, e (iii) cineticamente, a partir da equação de Boltzmann relativística incorporando criação gravitacional de fótons. O tratamento cinético revela que o espectro planckiano com criação "adiabática" de fótons é preservado no decorrer da expansão e também que as anisotropias e distorções na CMB podem ser tratadas adequadamente. O novo termômetro cósmico sugere um teste crucial ao modelo de concordância cósmica padrão no setor térmico. A presente análise abre uma nova janela para investigar a tensão Supernova-CMB nos valores de H$_0$, 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.