Aceleração do universo e criação gravitacional de matéria escura fria: novos modelos e testes observacionais

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Tese de Francisco Edson da Silva

RESUMO: Observações astronômicas recentes (envolvendo supernovas do tipo Ia; anisotropias da radiação cósmica de fundo e aglomerados de galáxias) sugerem fortemente que o Universo observado é descrito por um modelo cosmológico plano; acelerado; cujas propriedades do espaço-tempo podem ser representadas pela métrica de Friedmann-Robertson-Walker (FRW). Entretanto; a natureza ou mecanismo responsável pela aceleração permanece desconhecido e sua determinação constitui o problema mais candente da Cosmologia moderna. Em cosmologias relativísticas; um regime acelerado é usualmente obtido supondo a existência de uma componente exótica de energia com pressão negativa; denominada energia escura; cuja representação teórica mais simples é uma constante cosmológica L usualmente associada à Densidade de energia do vácuo. Todas as observações conhecidas estão de acordo com o chamado modelo de concordância cósmica (LCDM). No entanto; tais modelos apresentam vários problemas teóricos e tem inspirado muitos autores a proporem candidatos alternativos para representar a energia escura no contexto relativístico. Nesta tese; propomos um novo tipo de modelo plano; acelerado e sem energia escura; que é completamente dominado pela matéria escura fria (CDM). O número de partículas de matéria escura não é conservado e o atual estágio acelerado é uma consequência da pressão negativa descrevendo o processo irreversível de criação gravitacional de matéria. Para ocorrer uma transição de um regime desacelerado para outro acelerado em baixos redshifts; a taxa de criação de matéria proposta aqui depende de 2 parâmetros (g e β): o primeiro deles identifica um termo constante da ordem de H0 enquanto o segundo especifica uma variação proporcional ao parâmetro de Hubble; H(t). Neste cenário; H0 não precisa ser pequeno para resolver o problema da idade e a transição ocorre mesmo quando não existe criação de matéria durante a era da radiação e parte da era da matéria (quando o termo β é desprezível). Tal como nos modelos LCDM planos; os dados de supernovas tipo Ia distantes podem ser ajustados com um único parâmetro livre. Além disso; neste cenário não há o problema da coincidência cósmica existente nos modelos dirigidos pela constante cosmológica. Os limites oriundos da existência do quasar APM 08279+5255; localizado em z=3;91; e com idade estimada entre 2 – 3 bilhões de anos são também investigados. No caso mais simples (β = 0); o modelo é compatível com a existência do quasar para g > 0;56 se a idade do quasar for 2 bilhões de anos. Para 3 bilhões de anos o limite obtido é g > 0;72. Novos limites para o redshift de formação do quasar são também estabelecidos.

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