Efeitos não-gaussianos em astrofísica e cosmologia

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

RESUMO

As recentes observações astronômicas indicam que o universo tem curvatura espacial nula, expande aceleradamente e seu conteúdo de matéria-energia é composto por cerca de 30% de matéria (bárions + matéria escura) e 70% de energia escura, uma componente relativística com pressão negativa. No entanto, para construir modelos ainda mais realísticos do universo, é necessário considerar a evolução de pequenas perturbações de densidade sob ação da gravidade, a fim de explicar a riqueza de estruturas observadas na escala de galáxias e aglomerados de galáxias. O processo de formação de estruturas foi pioneiramente descrito por Press e Schechter (PS) em 1974, através da função de massa dos aglomerados de galáxias. O formalismo PS pressupõe uma distribuição gaussiana para o campo primordial das perturbações de densidade. Além de um sério problema de normalização, tal abordagem não explica os atuais dados de raios-X dos aglomerados, e está em desacordo com as modernas simulações computacionais. Nesta tese, discutimos diversas aplicações da q-estatística não extensiva (não gaussiana) proposta em 1988 por C. Tsallis, com especial ênfase para o processo cosmológico de formação das grandes estruturas. Inicialmente, investigamos a estatística do campo de flutuações dos contrastes de densidade primordiais, já que os dados mais recentes do Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) indicam um desvio da gaussianidade. Assumimos que tais desvios podem ser descritos pela estatística não extensiva, pois ela se reduz à distribuição gaussiana, no limite do parâmetro livre q = 1, o que permite uma comparação direta com a teoria padrão. Estudamos sua aplicação para um catálogo de aglomerados galáticos baseado no ROSAT All-Sky Survey (doravante nomeado como HIFLUGCS). Concluimos que o modelo gaussiano padrão aplicado ao HIFLUGCS não corrobora os dados mais recentes obtidos de forma independente pelo WMAP. Utilizando a estatística não extensiva obtemos valores bem mais compatíveis com os resultados do WMAP. Demonstramos também que a distribuição de Burr corrige o problema da normalização. O formalismo da função de massa dos aglomerados foi também investigado na presença da energia escura. Neste caso, limites sobre os mais diversos parâmetros cósmicos foram também obtidos. A estatística não extensiva foi ainda implementada em 2 problemas distintos: (i) a sonda de plasma e (ii) na descrição da radiação de Bremsstrahlung (a radiação primária dos aglomerados de raio-X); um problema de considerável interesse astrofísico. Numa outra linha de desenvolvimento, utilizando dados de supernovas e fração de massa do gás em aglomerados, discutimos a variação do parâmetro da equação de estado da energia escura, considerando 2 expansões distintas. Um aspecto interessante desse trabalho é que os resultados não necessitam de um prior no parâmetro de massa, como ocorre usualmente nas análises envolvendo apenas os dados de supernovas. Finalmente, fazemos uma nova estimativa do parâmetro de Hubble, através de uma análise conjunta envolvendo o efeito Sunyaev-Zeldovich (SZE), o espectro de raios-X de aglomerados e as oscilações acústicas dos bárions. Mostramos que a degenerescência dos dados observacionais em relação a é quebrada quando incluimos a assinatura das oscilações acústicas dos bárions, dada pelo catálogo do Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Nossa análise, baseada nos dados de SZE/raios-X para uma amostra de 25 aglomerados com morfologia triaxial, deriva um parâmetro de Hubble em bom acordo com estudos independentes do projeto Hubble Space Telescope e as recentes estimativas do WMAP

ASSUNTO(S)

fisica formação de grandes estruturas galáxias astrofísica cosmologia

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