Cosmologia na Era da Precisão: O Método de Dyer–Roeder e a Influência das Inomogeneidades nos Testes Cosmológicos

 
Autor: 
Vinicius Consolini Busti
Informações Gerais
Departamento: 
astronomia
tipo: 
Doutorado
Data da Defesa: 
2013
Orientadores
Orientador: 
José Ademir Sales de Lima

O universo observado é localmente inomogêneo. Mesmo que em grandes escalas atinja-se a homogeneidade e isotropia, em menores escalas uma grande variedade de estruturas é observada. Como a luz sente o campo gravitacional local, sua propagação pode ser alterada pela presença das inomogeneidades, assim como as distâncias de diâmetro angular e de luminosidade. Os testes cosmológicos, que geralmente utilizam a suposição de um universo perfeitamente homogêneo, podem gerar vínculos não acurados devido à granularidade do universo.

Nesta tese, estudamos como a propagação da luz é afetada por inomogeneidades de pequena escala. Adotamos a aproximação de Dyer--Roeder e extensões, caracterizadas fenomenologicamente pelo parâmetro de aglomeramento α. Analisamos essas aproximações de maneira teórica e observacional. Discutimos a viabilidade física e restringimos observacionalmente os parâmetros livres dos modelos considerando diferentes testes cosmológicos.

Inicialmente, consideramos um modelo ΛCDM plano e a aproximação de Dyer--Roeder padrão, onde o parâmetro de aglomeramento assume valores entre 0 e 1. Utilizamos amostras de supernovas do tipo Ia (SNe Ia), medidas de H(z) e gamma-ray bursts (GRBs) para vincularmos α e o parâmetro de densidade da matéria Ωm. Mostramos que, mesmo vinculando apenas Ωm, medidas de H(z) podem melhorar os vínculos sobre α, devido às diferentes degenerescências no espaço de parâmetros. Utilizando apenas SNe Ia ou GRBs, mostramos que os vínculos são fracos sobre o parâmetro aglomeramento. Quando combinamos as duas amostras, conseguimos melhores vínculos, com o par de parâmetros restrito aos intervalos: 0.24 ≤ Ωm  ≤ 0.33 e 0.52 ≤ α ≤ 1.0, dentro de 95.4% de confiança estatística. Os dados são completamente compatíveis com um universo perfeitamente homogêneo, mas uma grande região no espaço de parâmetros com  α  ≠ 1 é ainda permitida pelas amostras consideradas.

Posteriormente, analisamos uma abordagem de Dyer--Roeder estendida na qual o parâmetro de aglomeramento αE pode assumir valores maiores que a unidade. Testamos a viabilidade do modelo através de uma análise estatística envolvendo dados de SNe Ia em um modelo ΛCDM plano, onde o melhor ajuste obtido é αE=1.26 e Ωm=0.25. Dentro de 68.3% de confiança estatística, os parâmetros foram restritos aos intervalos 0.21 ≤ Ωm ≤ 0.29 e 0.72 ≤ αE ≤ 1.94. Também estudamos os efeitos de diferentes valores de αE em um modelo ΛCDM e em um modelo XCDM plano. Em ambos os casos, valores para αE maiores que 1 levam a um melhor acordo entre os dados de SNe Ia e os provenientes de oscilações acústicas dos bárions e da radiação cósmica de fundo. Por fim, apresentamos um modelo simplificado para explicar a possibilidade de αE ser maior que 1, baseado na existência de vazios.

A influência das inomogeneidades de pequena escala em testes de consistência cosmológicos também é investigada. Mostramos que tais inomogeneidades podem gerar falsos positivos em dois testes: o primeiro relacionado ao Princípio de Copérnico e o segundo ao modelo ΛCDM plano. Por outro lado, discutimos que esses testes também podem ser usados para se discernir sobre a melhor maneira de se descrever a influência das inomogeneidades sobre a propagação da luz. Por fim, descrevemos uma maneira de se reconstruir o parâmetro de aglomeramento diretamente dos dados, sem a suposição de sua forma funcional, dentro do modelo ΛCDM, e discutimos métodos para se distinguir entre os efeitos de α e modelos cosmológicos alternativos.

 Nossos resultados mostram a importância de se compreender e testar as hipóteses utilizadas na construção de modelos cosmológicos. Isso é fundamental para que não tenhamos apenas resultados precisos, mas corretos.

AnexoTamanho
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