Teoria e aplicações do gás relativístico reduzido na cosmologia

• Autor(a) principal: Silva Neto, Gival Pordeus da
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29690
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA; Gás relativístico; Perturbações cosmológicas; Matéria escura morna

O Gás Relativístico Reduzido (RRG) é uma versão simplificada do gás relativístico ideal, onde se supõe que todas as partículas tenham o mesmo módulo de momento. Embora esta seja uma situação muito idealizada, o modelo resultante preserva a fenomenologia da distribuição de Maxwell-Boltzmann e, em algumas situações, pode ser descrito como um fluido perfeito, sem introduzir grandes erros. A descrição via fluido perfeito do modelo RRG já era usada para estudar o movimento térmico da matéria escura, neutrinos massivo e interação de bárions e fótons antes da recombinação, mostrando-se em boa concordância com trabalhos anteriores baseados no sistema completo de equações de Einstein-Boltzmann. Para entender esses resultados e construir uma estrutura mais geral e formal para o RRG, desenvolvemos uma descrição teórica de perturbações cosmológicas de primeira ordem para o mesmo, baseada em uma função de distribuição que codifica a suposição simplificadora de que todas as partículas possuem o mesmo módulo de momento. A partir dessa função derivamos o conjunto completo de equações de Einstein-Boltzmann para o RRG e estudamos quantidades além da aproximação de fluido perfeito. Derivamos uma expressão analítica que relaciona o parâmetro de movimento térmico à massa da partícula e também verificamos explicitamente que os limites não-relativísticos e ultra-relativísticos são recuperados. Além disso, usando o RRG para descrever matéria escura morna (WDM), mostramos que para partículas com m ∼ keV, a aproximação de fluido perfeito é válida em escalas com k . 10 h/Mpc durante a maior parte da evolução do universo. Nós também determinamos as condições iniciais para RRG no universo primordial e estudamos a evolução do potencial em um modelo de brinquedo composto apenas por RRG. Por fim, estudamos de forma semianalítica a evolução sub-horizonte do contraste de densidade da WDM em um modelo com WDM, radiação e Λ, onde a WDM é descrita pelo RRG.