Fundos estocásticos de ondas gravitacionais primordiais / The stochastic background of primordial gravitational waves

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

A detecção de ondas gravitacionais geradas no Universo jovem trará informações únicas da física nas escalas de energia extremamente elevadas que foram dominantes alguns tempos de Planck após o Big Bang. O espectro de potência de tais ondas carregam não somente a "memória" do mecanismo responsável pela inflação, mas também dos subsequentes estágios de evolução do Universo. O espectro primordial também pode permitir decidir entre as várias teorias de gravidade? Essa é uma das principais questões do presente trabalho. No contexto de uma dada teoria alternativa de gravitação, ondas gravitacionais podem exibir até seis estados de polarização, ao contrário da Relatividade Geral que apresenta apenas dois. Então a detecção direta de ondas gravitacionais, e a correspondente determinação do número de polarizações independentes, são ferramentas poderosas para testar a Relatividade Geral e teorias alternativas. No presente trabalho utilizamos o formalismo Newman-Penrose para caracterizar ondas gravitacionais no contexto de algumas teorias de gravitação, sendo elas a Relatividade Geral, teorias escalares-tensoriais, gravidade emph{f}(R) e uma teoria bimétrica com grávitons massivos. Uma vez que o número de estados de polarização é determinado de forma inequívoca, descrevemos um esquema de decomposição particularmente adequado para tratar da evolução dos modos de ondas gravitacionais cosmológicas para qualquer teoria métrica. Aplicamos a decomposição para uma teoria escalar-tensorial geral, para a qual as ondas gravitacionais apresentam quatro estados de polarização, e para a teoria bimétrica que apresenta seis polarizações. Das equações resultantes emergem características ausentes na teoria de Einstein. Os modos de ondas gravitacionais são agora "acoplados" às perturbações vetoriais e escalares do fluido perfeito, no sentido que as perturbações de densidade e velocidade entram como fonte para as equações evolutivas das ondas. Finalmente, avaliamos o espectro para os modos livres de ondas gravitacionais para a Relatividade Geral no contexto do modelo $ lambda$ CDM, e para a teoria bimétrica para a qual grávitons massivos mimetizam os efeitos da energia escura. Uma comparação entre os dois espectros mostra que a possibilidade de distinguir entre os dois modelos através de observações com detectores espaciais de ondas gravitacionais como o LISA e o BBO dependem do valor do índice espectral escalar. Se o valor for aquele dado pelo satélite WMAP, então não será possível detectar o sinal por esses experimentos, mas experimentos com sensibilidade mais elevada serão necessários. A futura determinação do espectro primordial para os modos acoplados é de suma importância para compreender as implicações de teorias alternativas na física das perturbações cosmológicas.

ASSUNTO(S)

cosmologia ondas gravitacionais primordiais teorias alternativas de gravitação polarização de ondas gravitacionais espectros de ondas gravitacionais cosmology primordial gravitational waves alternative theories of gravity polarizations of gravitational waves gravitational waves spectra

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