Littérature scientifique sur le sujet « Cosmologia teorica »

Neste trabalho mostro como as duas primeiras antinomias cosmológicas de Kant, a do espaço-tempo e a da simplicidade-complexidade, sofrem uma verdadeira reviravolta com a cosmologia atual (Big Bang), a física de partículas (teorias da relatividade e quântica) e as formulações recentes de fractais-caoscomplexidade.Abstract: In this paper I show how the space-time and the simplicity-complexity, the first two Kant’s cosmological antinomies, undergo a true overturn as a consequence of the new cosmology (Big Bang), particle physics (relativity and quantum theories) and the last results of fractals-chaos-complexity.

<p>These lecture notes were meant to compile the main ideas on gauge field theory and modern cosmology, showing the recent contributions of the author in these areas, including classical thermodynamics, supergravity and quantum gravity. Although the author has conducted the work without wishing to exhaust the issues in question, this synthesis provides some essential formal approaches for further studies, with relevant and updated references, as well as indications of classical readings. Special attention was given to the application of Lyra's geometry, because of its growing importance in quantum cosmology, and to the so-called &lt;&lt;paleogravity&gt;&gt;, a model of supergravity developed by the author with the purpose to offer a classical representation for supergravity that could be made compatible with the quantum theory of spacetime also developed by himself. Also in general cosmology, the emphasis was on inhomogeneous models due to the debate they open on the validity of the standard model. In this sense, the author presented his perturbative formalism of weak gravitational lensing by defining an inhomogeneous cosmological refractive index within a Lemaître-Tolman universe. Lastly, some remarks on Stephani cosmology were organized in order to expose the most significant features of this approach. During the reading, it shall be possible to observe some title marks indicating items of interest, as well as small side texts with outgivings of renowned authors.</p><p><strong>Key words</strong><span>: gauge field theory, cosmology, Lyra's geometry, quantum gravity, supergravity.</span></p><p><span>======================================================================================================</span> </p><p>A presente coletânea de notas de aula foi organizada como compilação das principais idéias sobre teoria de campo de calibre e cosmologia moderna, mostrando as recentes contribuições do autor nessas áreas, incluindo termodinâmica clássica aplicada, supergravidade e gravitação quântica. Embora o trabalho tenha sido conduzido sem pretensões a esgotar os temas em apreço, a síntese produzida trata formalmente alguns aspectos essenciais para estudos posteriores, com referências relevantes e atualizadas, bem como indicações de leituras clássicas. Especial atenção foi dada à aplicação da geometria de Lyra, por sua crescente importância na cosmologia quântica, e à chamada &lt;&lt; paleogravidade &gt;&gt;, um modelo de supergravidade desenvolvido pelo autor com o propósito de oferecer uma representação clássica da supergravidade, o qual seria compatível com a teoria quântica do espaço-tempo também desenvolvida pelo autor. Em cosmologia geral, foi dada ênfase em modelos não-homogêneos devido ao amplo debate que eles abrem sobre a validade do modelo padrão. Nesse sentido, o autor apresentou seu formalismo perturbativo de lentes gravitacionais fracas, definindo um índice de refração cosmológico inomogêneo dentro de um universo de Lemaître-Tolman. Por fim, algumas observações sobre a cosmologia de Stephani foram organizadas para expor as características mais significativas dessa abordagem. Durante a leitura, será possível observar algumas marcas indicativas de itens de interesse, bem como pequenos textos marginais com comentários de autores renomados.</p><p><strong>Palavras-chave</strong>: teoria de gauge, cosmologia, geometria de Lyra, gravidade quântica, supergravidade.</p><div><span style="font-size: 14px;"><br /></span></div>

: O presente artigo tem por objetivo examinar as relações entre a cosmologia nietzschiana e a filosofia da natureza estoica. Para realizar nosso intento, em um primeiro momento, discutiremos as principais noções da cosmologia pórtica. Em um segundo momento, realizaremos um apanhado explicativo das ideias cosmológicas de Nietzsche – sobretudo no que diz respeito à teoria das forças, à vontade de potência e ao eterno retorno do mesmo. Por fim, na tentativa de dar conta de nossa problemática, efetuamos uma discussão comparativa das duas cosmologias, a fim de esclarecer em que aspectos Nietzsche teria se aproximado da filosofia da natureza estoica e em que pontos ele seria divergente.

O artigo pretende discutir aspectos teóricos e metodológicos relativos a metafísica da natureza de Schopenhauer, objetivando mostrar que a noção de pensamento único abre espaço para a possibilidade de uma concepção de repetição que, por sua vez, torna possível vislumbrar uma teoria dos mundos possíveis em sua filosofia. Caso a intuição que baseia o artigo tenha algum valor, então, a cosmologia schopenhaueriana permitiria pensar noções tais como repetição e criação de maneira significativa para um debate com as cosmologias contemporâneas.

Resumo:Destaca-se na filosofia nietzschiana a importância do conceito de força proveniente da física para a construção de um dos seus principais conceitos: a vontade de potência. O conceito de força, que Nietzsche buscou na mecânica clássica, quase desaparece na física do século XX com a teoria quântica de campos e a teoria da relatividade geral. Ainda é possível, na ciência de hoje, o mundo nietzschiano como forças em disputa, uma cosmologia dionisíaca?

Analisamos soluções para cosmologias Friedmann-Robertson-Walker em teoria Brans-Dicke, onde um campo escalar é acoplado à gravidade. As soluções cosmológicas da teoria Brans-Dicke, são caracterizadas por uma densidade de energia do vácuo em decomposição e por uma densidade de matéria relativa constante, considerandas no universo de Robertson-Walker, soluções exatas foram obtidos em Brans-Dicke cosmologia na ausência do termo cosmológico ?. A matéria é governada pela ?-lei, por um fluido perfeito, incluindo a energia no vácuo como um caso especial. Através de uma mudança de variáveis, reduzimos as equações de campo de quarta ordem para a segunda ordem, e eles se tornam equivalente em um sistema dinâmico e com suluçoes. As propriedades de isotropia e homogeneidade, o princípio cosmológico exige que o conteúdo de matéria universal seja descrito como um fluido perfeito, para o qual se assume um tensor energia-momentum. Portanto, nosso objetivo é encontrar as equações que regem a dinâmica desse conteúdo em um universo inflacionário.

A pesquisa tem como objetivo analisar aspectos/elementos da cosmologia de Aristóteles a partir da filosofia da ciência de Larry Laudan. A tentativa é apresentar neste artigo uma interpretação possível sobre como o processo evolutivo da cosmologia da época sob o enfoque da filosofia de Laudan, baseado nas tradições de pesquisa, teorias específicas, modelo reticulado, progresso científico, metodologia, axiologia, etc. Abordaremos sobre a questão da aceitação das teorias específicas, a questão da eficácia na resolução de problemas, entre outras questões importantes para a interpretação mencionada. O recorte histórico será importante enquanto elemento que permitiria visualizar esta interpretação filosófica e sobre como seria possível pensar em um modelo de reticulação neste contexto, na tentativa de apresentar os tensionamentos entre os componentes da tradição de pesquisa, como forma de destacar a necessidade de revisão constante destes elementos historicamente, dentro do processo evolutivo das tradições de pesquisa. Utilizaremos como base especialmente as obras O progresso e seus problemas: rumo a uma teoria do crescimento científico (2011) [1977] e Science and Values (1984).

Este artigo resgata, inicialmente, a influência de Paulo Freire no desenvolvimento de uma epistemologia latino-americana da comunicação para, em seguida, propor a sistematização de uma teoria da comunicação subjacente ao conjunto da obra do educador brasileiro. Assim, dá origem a uma abordagem circular à comunicação, em oposição à abordagem linear, inspirada fundamentalmente na teoria da ação comunicativa de Habermas. Demonstra também a necessidade de desdobrar o pensamento de Freire e incluir outras referências, como as provenientes de cosmologias indígenas e tradicionais. Responde ainda a uma maior aproximação entre as teorias da comunicação e do conhecimento, com um olhar para a diversidade epistemológica e para a interdisciplinaridade.

Desde sempre, a Arqueologia, enquanto campo de produção de conhecimento científico no Projeto da Modernidade, não assumiu compromissos em incluir outras vozes que não as científicas. Agora, no cenário contemporâneo, tais vozes querem protagonismo em relação a tudo o que vem sendo pesquisado pela Arqueologia. Trazem o desafio de outros regimes de conversação entre o que diz a ciência e o que também dizem estes grupos. Por onde estudo, parto das cosmologias ameríndias e suas materialidades no sentido de trazer desafios para novos regimes de conversação nos fazeres da Arqueologia, orientando-me através da teoria da decolonialidade e de outras teorias. As cosmologias são pesquisadas nas etnografias publicadas, referentes a grupos étnicos localizados no Brasil nas geograficamente denominadas ‘terras baixas’.

Este trabalho procura analisar a concepção e a instituição de uma teoria cosmológica, intimamente relacionada e determinada pela religiosidade dos Guarani Mbyá (família linguística Tupi-Guarani), a qual se encontra disseminada em suas narrativas mitológicas. A presença atuante de uma teoria cosmológica implica na existência de um saber astronômico e de um sistema taxinômico celeste, o qual se desenvolve a partir de uma apropriação social da temporalidade. Para este fim, valho-me do dispositivo teórico da Análise do Discurso, visto que tanto a religião quanto a cosmologia são abordados em sua discursividade. O foco central de uma análise discursiva, voltada para um objetivo como o discurso indigena, consiste em buscar compreender os processos de produção de sentido, vistos como efeito de determinadas formações sociais e imaginárias que, por sua vez, fundamentam o modo Guarani Mbyá de ser e de relacionar-se com as suas condições sociais de existência. Assim, o saber astronomico, bem como a religião, que se apresentam nos misos cosmogônicos, além de sua importâncian como forma de racionalidade, são analisados como parte de um amplo e complexo processo de produção de sentido e, como tal, são vistos como uma prática discursiva. Isto significa que a teoria cosmológico-religiosa, bem como a taxonomia celeste, operam como parte do funcionamento discursivo do povo Mbyá e, portanto, relacionam-se com a formação histórico-ideológica deste povo, pela qual a identidade e os processos de formação de sujeito e o sentido de ser Mbyá funcionam.

Tra le più promettenti sfide della Cosmologia moderna possiamo certamente annoverare la polarizzazione del fondo cosmico di microonde (CMB) e l’analisi multifrequenza delle emissioni extragalattiche. Da un lato, la polarizzazione della CMB permette di vincolare sempre meglio i parametri cosmologici e testare il modello standard. Dall’altro lato, lo studio dei dati nelle frequenze millimetriche e sub-millimetriche apre uno spiraglio all’indagine della distribuzione di materia su grande scala, con il fine di comprendere la formazione e l’evoluzione della Struttura su Larga Scala dell’Universo. Nel primo progetto descritto in questa tesi presentiamo lo studio di una delle anomalie su larga scala della CMB basato sulla correlazione angolare a due punti. Utilizziamo lo stato dell’arte dei dataset in polarizzazione: il primo è basato su una analisi del cross-spettro delle bande a 100 e 143 GHz del dataset Planck 2018. Il secondo dataset è costruito a partire dalle mappe Planck 2018 LFI e WMAP-9yr. Consideriamo il noto estimatore S1/2 , che misura la distanza della funzione di correlazione angolare da zero a scale più larghe di 60° e impieghiamo simulazioni realistiche per valutare gli intervalli di confidenza. Entrambe i dataseset mostrano un basso valore della funzione di correlazione per i modi E locali, similmente all’effetto osservato in temperatura. Questo risultato è maggiormente vincolato dal dataset Planck HFI 100×143, che è quello con minore rumore, e per cui la significatività dell’effetto si attesta attorno al 99.5%. Per ulteriori indagini, questo test potrà essere ripetuto su nuove generazioni di dati, ad esempio quelli di LiteBIRD, che saranno limitati solo dalla varianza cosmica a tutte le scale angolari. Nel secondo progetto presentato in questa tesi abbiamo sviluppato un codice per l’analisi dati progettato per le frequenze millimetriche e sub-millimetriche. Con un unico modello fittiamo i dati del South Pole Telescope (SPT) e dell’esperimento Herschel/SPIRE. Il formalismo sviluppato descrive l’emissione delle galassie radio, l’effetto Sunyaev Zeldovich termico (tSZ) e cinetico (kSZ), il fondo cosmico infrarosso (CIB) sia nella sua componente di clustering che poissoniana. Abbiamo usato un modello ’ad alone’ per descrivere il clustering della materia oscura, unito a una funzione di ’distribuzione di occupazione dell’alone’ per parametrizzare lo spettro di potenza delle galassie. Nell’analisi variamo i cosı̀ detti parametri di clustering, cioè la massa minima dell’alone e l’indice che regola l’accrescimento delle galassie sullo stesso. Abbiamo considerato due popolazioni di galassie chiamate early e late type. Il parametro chiave nella modellizzazione del tSZ è il bias idrostatico, che dipende fortemente dalla cosmologia e contiene le incertezze che abbiamo nella determinazione della massa dell’ammasso di galassie che produce il tSZ. Con la nostra analisi abbiamo migliorato i vincoli sui parametri di clustering sia della popolazione early che late type, trovando che quest’ultima è ospitata in aloni meno massivi rispetto alla popolazione early type. Otteniamo una massa minima di 10^12.5 [M/h] e 10^11.4 [M/h] per la popolazione early e late type rispettivamente quando fittiamo i dati SPIRE. Troviamo, inoltre, valori del bias idrostatico, b = 0.57±0.16, più alti di quelli trovati da Planck, sebbene l'ampiezza dello spettro del tSZ ottenuta con questi valori di b sia in linea con precedenti analisi su mappe SPT. Deriviamo anche vincoli più stringenti sull’ampiezza del kSZ rispetto alla letteratura precedente, A(kSZ) < 3.7 at 99% C.L., e indaghiamo la sua degenerazione con la correlazione tSZ-CIB. I dataset con cui questi risultati sono stati ottenuti rappresentano lo stato dell’arte a queste frequenze ed il nostro codice sarà di grande utilità quando nuovi dataset saranno disponibili, a partire da quelli del Simons Observatory, CMB-Stage 4 e CONCERTO.
Among the most promising topics in Cosmological investigation we can certainly consider the polarization of the Cosmic Microwave Background (CMB) and the multiwavelength analysis of extragalactic emissions. On one side, CMB polarization allows to better constrain the cosmological parameters and to test the standard model. On the other hand, the study of millimeter and submillimeter data opens the door for investigation of the matter distribution on large scales in order to understand the formation and evolution of the Large Scale Structure. In the first project described in this thesis we present an assessment of the large-scale CMB anomalies in polarisation using the two-point correlation function as a test case. We employ the state of the art of large scale polarisation datasets: the first based on a Planck 2018 HFI 100 and 143 GHz cross-spectrum analysis, relying on SRoll2 processing, and the second from a map-based approach derived through a joint treatment of Planck 2018 LFI and WMAP-9yr. We consider the well-known S 1/2 estimator, which measures the distance of the two-point correlation function from zero at angular scales larger than 60 ◦ , and rely on realistic simulations for both datasets to assess confidence intervals. We find that both datasets exhibit a lack-of-correlation anomaly in local E−modes, similar to the one observed in temperature, which is better constrained by the less noisy Planck HFI 100×143 data, where its significance lies at about 99.5%. The analysis has been carried out with the best datasets currently available at large angular scales, which are however limited by the still significant amount of noise in polarisation observations. This issue will be hopefully overcome by the advent of new data, such as those from LiteBIRD, which are expected to be cosmic variance limited at all scales. In the second project presented in this thesis we developed a tool for data analysis designed for the millimeter and sub-millimeter wavelength datasets. We fit with a unique model data from the South Pole Telescope and the Hershel/SPIRE experiment. Our formalism describes the emission of radio galaxies, the thermal Sunyaev Zeldovich (tSZ) effect, the kinetic Sunyaev Zeldovich (kSZ) effect and the Cosmic Infrared Background (CIB) clustered and Poisson contribution. We use a halo model approach to describe the clustering of dark matter together with a halo occupation distribution model to parametrize the galaxy power spectrum. We fit for the so-called clustering parameters, i.e. minimum mass of the hosting halo and the index regulating the accretion of galaxies in the halo outskirts. We consider two populations of galaxies: early and late-type populations. The key parameter in modelling the tSZ is the hydrostatic mass bias, which strongly depends on cosmology and contains all the uncertainties we have in the determination of the SZ clusters mass. With our analysis we improve the constraints on the clustering parameters of the late-type population, finding that it is hosted in less massive structures with respect to the early-type one. We obtain a minimum mass of 10^12.5 [M/h] and 10^11.4 [M/h] for the early and late-type population respectively, when fitting for SPIRE data. For both datasets we find values of the hydrostatic mass bias, b = 0.57 ± 0.16, higher than those found by Planck, although the amplitude of the tSZ power spectrum obtained with this value of b is in line with the findings of previous SPT analysis. We also kSZ derive a more severe constraint on the amplitude of the kSZ with respect to previous literature, i.e. A(kSZ) < 3.7 at 99% C.L., and investigate its degeneracy with the tSZ-CIB correlation. These results are obtained using the state of the art data available but our tool will be of great utility in the analysis of future datasets, such as the Simons Observatory, CMB-Stage 4 and CONCERTO.

Among modified theories of gravitation, f (R) theories are possibly the most straightforward and “natural” purely geometric extension of GR. The first appearance of modified gravity theories dates back to the 1920’s [1, 2], although their relevance and popularity vastly increased about 40 years ago, when pioneering works [3–5] showed the possibility of generating the early inflationary period with quadratic theories, which arise naturally from quantum corrections in curved spacetime. After the discovery of the cosmic acceleration [6–9], new life was infused into f (R) theories, sparked by the early works [10–14]. These models were soon realised to suffer from severe instabilities [15, 16], because the additional scalar degree of freedom acquires an imaginary mass. During the following years, an impressive amount of work was directed to determining the cosmological viability conditions of f (R) models [17–26]. Clearly, despite the conceptual simplicity of f (R) theories, the additional dynamics and the higher-order equations make it difficult – and fun – to come up with “good” models to model dark energy. Furthermore, these models must be tested in a variety of cosmological and astrophysical situations, and may lead to important detectable signatures which could in principle be observed soon. As important as inventing new models is, finding new ways to constrain and even exclude them is no smaller task. It is believed that f (R) models can be considered as low-energy phenomenological limits of some more fundamental theory such as string theory, etc. [27–29]. Every step towards the “right” f (R) model may very well be a step towards the “right” theory of quantum gravity, so there is no overestimating the relevance of any result in this direction. This has been precisely the intent of my work. Chapter 1 is devoted to introducing the vacuum energy problem. After a brief review of the standard cosmological scenario and of the main observational indications for a vacuum energy component, I present a few of the most important theoretical models proposed to explain the cosmic acceleration, from both the modified matter (dark energy) and modified gravity standpoints. In Chapter 2, I study the radiation-dominated epoch in R + R2 gravity, discussing the modified curvature dynamics analytically and numerically. The curvature scalar exhibits fast oscillations around some power-law behaviour which may or may not correspond to the standard GR solution. These curvature oscillations are however damped due to gravitational particle production effects, so that eventually the solutions relax to the GR ones, but with an additional relic density of gravitationally produced particles which can in principle give some imprint on the cosmological evolution and perhaps even make up an effective mechanism to produce dark matter. In Chapter 3, I investigate the formation of curvature singularities inside astronomical contracting systems within the framework of two recently proposed f (R) models [30, 31], studying the problem analytically and comparing my estimates with exact numerical results. I show that such infinite-R, finite-r singularities can arise in a number of physically reasonable systems, and derived the time scales for this to happen. Naturally, as R approaches infinity, one expects high-curvature effects to come into play. In Chapter 4, I study the curvature evolution in the models [30, 31] with the addition of an R2 term (irrelevant for cosmology, but important for large R). I show that this term prevents the formation of the curvature singularity while still allowing R to reach very large values, and in turn may lead to strong particle production. I calculate the particle production rate, which depends on both physical properties of the system and on model parameters. These high-energy cosmic rays could in principle be detectable and, if observed, would represent a unique model-dependent signature. Some unexplained features in the cosmic ray spectrum, e.g. the so-called “ankle” [32–35], might find a fascinating explanation in this framework. In Chapter 5, I discuss another interesting and unexpected consequence of these high-R solutions, namely the possibility of gravitational repulsion in contracting systems. The modified Einstein equations lead to new solutions for the metric in spherically symmetric systems, and the new geodesic equation for a test particle essentially shows repulsive behaviour if curvature is large compared to its GR value. The phenomenology of such an antigravitational behaviour, which has not been fully explored yet, is probably rather interesting and may lead to additional interesting discoveries. riferimenti bibliografici [1] H. Weyl, Annalen Phys. 59, 101 (1919). [2] A. S. Eddington, The Mathematical Theory of Relativity (Cambridge University Press, 1923). [3] V. T. Gurovich and A. A. Starobinsky, Sov.Phys.JETP 50, 844 (1979). [4] A. A. Starobinsky, JETP Lett. 30, 682 (1979). [5] A. A. Starobinsky, Phys.Lett. B91, 99 (1980). [6] A. G. Riess et al. (Supernova Search Team), Astron.J. 116, 1009 (1998), arXiv:astro-ph/9805201 [astro-ph] . [7] S. Perlmutter et al. (Supernova Cosmology Project), Nature 391, 51 (1998), arXiv:astro-ph/9712212 [astro-ph] . [8] S. Perlmutter et al. (Supernova Cosmology Project), Astrophys.J. 517, 565 (1999), arXiv:astro-ph/9812133 [astro-ph] . [9] A. G. Riess et al. (Supernova Search Team), Astrophys.J. 607, 665 (2004), arXiv:astro-ph/0402512 [astro-ph] . [10] S. Capozziello, Int.J.Mod.Phys. D11, 483 (2002), arXiv:gr-qc/0201033 [gr-qc] . [11] S. Capozziello, S. Carloni, and A. Troisi, Recent Res.Dev.Astron.Astrophys. 1, 625 (2003), arXiv:astro-ph/0303041 [astro-ph] . [12] S. Capozziello, V. Cardone, S. Carloni, and A. Troisi, Int.J.Mod.Phys. D12, 1969 (2003), arXiv:astro-ph/0307018 [astro-ph] . [13] S. M. Carroll, V. Duvvuri, M. Trodden, and M. S. Turner, Phys.Rev. D70, 043528 (2004), arXiv:astro-ph/0306438 [astro-ph] . [14] S. Nojiri and S. D. Odintsov, Phys.Rev. D68, 123512 (2003), arXiv:hepth/ 0307288 [hep-th] . [15] A. Dolgov and M. Kawasaki, Phys.Lett. B573, 1 (2003), arXiv:astroph/ 0307285 [astro-ph] . [16] V. Faraoni, Phys.Rev. D74, 104017 (2006), arXiv:astro-ph/0610734 [astroph] . [17] S. Carloni, P. K. Dunsby, S. Capozziello, and A. Troisi, Class.Quant.Grav. 22, 4839 (2005), arXiv:gr-qc/0410046 [gr-qc] . [18] T. Clifton and J. D. Barrow, Phys.Rev. D72, 103005 (2005), arXiv:grqc/ 0509059 [gr-qc] . [19] M. Abdelwahab, S. Carloni, and P. K. Dunsby, Class.Quant.Grav. 25, 135002 (2008), arXiv:0706.1375 [gr-qc] . [20] L. Amendola, R. Gannouji, D. Polarski, and S. Tsujikawa, Phys.Rev. D75, 083504 (2007), arXiv:gr-qc/0612180 [gr-qc] . [21] L. Amendola and S. Tsujikawa, Phys.Lett. B660, 125 (2008), arXiv:0705.0396 [astro-ph] . [22] I. Sawicki and W. Hu, Phys.Rev. D75, 127502 (2007), arXiv:astroph/ 0702278 [astro-ph] . [23] J. C. de Souza and V. Faraoni, Class.Quant.Grav. 24, 3637 (2007), arXiv:0706.1223 [gr-qc] . [24] S. Tsujikawa, Phys.Rev. D77, 023507 (2008), arXiv:0709.1391 [astro-ph] . [25] B. Li and J. D. Barrow, Phys.Rev. D75, 084010 (2007), arXiv:gr-qc/0701111 [gr-qc] . [26] R. Bean, (2010), arXiv:1003.4468 [astro-ph.CO] . [27] N. Birrell and P. Davies, Quantum Fields in Curved Space (Cambridge University Press, Cambridge, 1982). [28] I. Buchbinder, S. Odintsov, and I. Shapiro, Effective Action in Quantum Gravity (IOP Publishing, Bristol, 1992). [29] G. Vilkovisky, Class.Quant.Grav. 9, 895 (1992). [30] W. Hu and I. Sawicki, Phys.Rev. D76, 064004 (2007), arXiv:0705.1158 [astro-ph] . [31] A. A. Starobinsky, JETP Lett. 86, 157 (2007), arXiv:0706.2041 [astro-ph] . [32] R. Abbasi et al. (High Resolution Fly’s Eye Collaboration), Phys.Lett. B619, 271 (2005), arXiv:astro-ph/0501317 [astro-ph] . [33] R. Abbasi et al. (HiRes Collaboration), Phys.Rev.Lett. 100, 101101 (2008), arXiv:astro-ph/0703099 [astro-ph] . [34] Y. Tsunesada (Telescope Array Collaboration), (2011), arXiv:1111.2507 [astro-ph.HE] . [35] P. Abreu et al. (Pierre Auger Collaboration), (2011), arXiv:1107.4809 [astro-ph.HE] .

In questa tesi studiamo soluzioni di teoria di stringa da diversi punti di vista. Iniziamo dal Capitolo 1, con un'introduzione alle principali idee proprie delle varie teorie di stringa, concentrandoci in particolare sulle loro descrizioni a bassa energia, le teorie di supergravità. Discutiamo gli ingredienti principali delle teorie di supergravità derivate dalle stringhe e presentiamo le loro soluzioni classiche corrispondenti agli oggetti fisicii che useremo nel resto della tesi. Nel capitolo 2, iniziamo lo studio di soluzioni non supersimmetriche della teoria delle stringhe, costruendo esplicitamente spazi Anti de Sitter (AdS) otto dimensionali come soluzioni delle equazioni del moto della supergravità IIA massiva. Come di consueto per soluzioni non supersimmetriche, siamo in grado di risolvere l'intero sistema di equazioni del moto solo numericamente. Utilizzando questi metodi troviamo soluzioni AdS_8 con uno spazio interno compatto che ha la topologia di una due-sfera con un orientifold plane (O8) al suo equatore. Nel capitolo 3 estendiamo il nostro studio di soluzioni non spersimmetriche con la ricerca di vuoti con costante cosmologica positiva. In particolare troviamo soluzioni de Sitter (dS) quattro dimensionali delle equazioni del moto della supergravità IIA massiva. Alcune di queste soluzioni coinvolgono gli stessi orientifold plane presenti nei vuoti AdS_8, che appaiono nell'approssimazione di supergravità come una particolare singolarità. Analizziamo quindi questa singolarità nel dettaglio, prima di spostarci sullo studio di soluzioni dS_4 con un diverso orientifold plane (O6). L'apparizione di orientifold plane in soluzioni classiche de Sitter delle teorie di supergravità è necessario per evadere un famoso teorema di impossibilità, che si applica anche alle soluzioni AdS_8 descritte nel Capitolo 2. Per questo motivo, lo analizziamo in questo particolare scenario all'inizio di tale capitolo. Infine, nel Capitolo 4 cambiamo la nostra propspettiva e usiamo la supergravità come uno stumento per studiare la fisica dei flussi del Gruppo di Rinormalizzazione (RG). In particolare, usando alcuni ingredienti noti, assembliamo una teoria di supergravità sette dimensionasle e la usiamo per costruire i duali olografici dei flussi RG tra teorie di campo sei dimensionali superconformi. La nostra costruzione è capace di identificare correttamente la fisica di questi flussi RG confermando, dal punto di vista gravitazionale, una congettura presente nella letteratura riguardante i flussi RG ammessi tra queste teorie sei dimensionali.
In this thesis we study solutions of string theories from different perspectives. We start in Chapter 1 with an introduction to the main ideas of string theory, focusing in particular on its low-energy description in terms of supergravity theories. We discuss the main ingredients of the supergravity theories derived from strings and we present their classical solutions corresponding to the physical objects we will use in the rest of the thesis. In Chapter 2 we begin the study of non-supersymmetric backgrounds of string theory, by building explicit eight-dimensional Anti de Sitter (AdS) solutions of massive type IIA supergravity. As is common for non-supersymmetric solutions, we are only able to solve the full set of equations of motion numerically. With these methods, we find AdS_8 solutions with a compact internal space having the topology of a two-sphere, with an orientifold plane (O8) sitting at its equator. In Chapter 3, we extend our study of non-supersymmetric solutions by looking for backgrounds with a positive cosmological constant. In particular, we find numerical four-dimensional de Sitter (dS) solutions of massive type IIA supergravity. Some of these solutions involve the same orientifold plane featuring in the AdS_8 backgrounds, which appears a particular singularity in the supergravity approximation. We analyze this singularity in detail before moving on and studying dS_4 solutions with a different orientifold plane (O6). The appearance of orientifold planes in classical de Sitter solutions of supergravity theories is required in order to evade a famous no-go theorem, which also applies to the AdS_8 solutions we describe in Chapter 2. For this reason, we review it in our particular setting at the beginning of the same chapter. Finally, in Chapter 4 we change our perspective and we use supergravity as a tool to study the physics of the Renormalization Group (RG) flows. In particular, by using known building blocks, we assemble a seven-dimensional gravitational theory and we use it to construct the holographic duals of RG flows between six-dimensional superconformal field theories. Our construction is able to correctly characterize the physics of these RG flows by confirming, from the gravitational point of view, a conjecture on the literature regarding the allowed RG flows between these six-dimensional theories.

Apresentamos neste trabalho uma generalização da teoria de perturbações cosmológicas para o caso de universos homogêneos e anisotrópicos, caracterizados por um espaço-tempo do tipo Bianchi I. Como aplicação da teoria, investigamos as conseqüências de uma fase inflacionária e anisotrópica do universo dos pontos de vista clássico e quântico. Após uma discussão da evolução do espaço-tempo de fundo nós quantizamos os modos perturbativos para, em seguida, construir o espectro de potências das perturbações de curvatura e de ondas gravitacionais do fim da inflação. Nossos resultados mostram que as principais características de uma fase anisotrópica primordial do universo são: (1) dependência direcional dos espectros de potências, (2) acoplamento entre as perturbações de curvatura e as ondas gravitacionais e (3) espectros distintos para as diferentes polarizações das ondas gravitacionais em grandes escalas cosmológicas. Todos esses efeitos são importantes apenas em grandes escalas cosmológicas e, localmente, recuperamos a teoria isotrópica de perturbações cosmológicas. Nossos resultados dependem de uma escala característica que pode, embora não seja estritamente necessário, ser ajustada a alguma escala observável.
In this work we generalize the standard theory of cosmological perturbations to the case of homogeneous and anisotropic universes described by a Bianchi I spacetime metric. As an application of this theory we investigate the predictions of an inflationary anisotropic phase, both at the classical and quantum level. After discussing the evolution of the background spacetime, we solve and quantize the perturbation equations in order to predict the power spectra of the curvature perturbations and gravity waves at the end of inflation. Our results show that the main features of an early anisotropic phase are: (1) a dependence of the spectra on the direction of the modes, (2) a coupling between curvature perturbations and gravity waves, and (3) the fact that the two gravity waves polarisations do not share the same spectrum on large scales. All these effects are significant only on large scales and die out on small scales where isotropy is recovered. Finally, our results depend on a characteristic scale that can, but a priori does not have to, be tuned to some observable scale.

O advento da cosmologia observacional tem nos levado à conclusão de que apenas 4% do Universo é constituído pela matéria conhecida (bárions). Por outro lado 23% correspondem à matéria escura não bariônica, enquanto o domínio da dinâmica cósmica foi legado à, assim chamada, energia escura (geralmente considerada um tipo de fluido), correspondendo a 73% da densidade de energia de todo o cosmos. Nos últimos anos, surgiram muitas propostas para tal fluido, paralelamente desenvolvem-se teorias de gravitação alternativas à Relatividade Geral (RG) no intuito de nos levar a uma melhor compreensão das leis físicas. No presente trabalho revisamos fluidos que nos permitem obter modelos com expansão acelerada através da parametrização de suas equações de estado, onde a constante cosmológica é um caso particular. A seguir apresentamos as bases da teoria de gravitação de M. Visser, uma teoria alternativa que admite a hipótese de grávitons massivos em contraponto à RG. Em sua teoria, Visser acrescenta uma métrica de fundo não dinâmica que entra na construção do tensor responsável pela inserção da massa do gráviton. No limite não relativístico, o potencial não é mais Newtoniano, mas sim do tipo Yukawa. Estudos do movimento planetário no sistema solar, utilizando um potencial desse tipo, nos levam ao limite mg < 10-54 g. No regime radiativo, grávitons massivos implicam na dispersão das ondas gravitacionais e surgem estados de polarização adicionais que não encontramos na RG. Dessa forma, as futuras detecções da radiação gravitacional constituem-se novos testes para a RG e teorias alternativas. Nossas análises nos mostram a possibilidade de impor limites para a massa do gráviton através do modelo cosmológico resultante dessa teoria bimétrica que estejam em concordância com os dados observacionais. Mesmo com um gráviton com massa aparentemente desprezível, nosso intuito é mostrar que a teoria pode nos levar a um modelo cosmológico consistente que explique os atuais dados observacionais sem a necessidade de energia (e talvez de matéria) escura.
The advent of observational cosmology has led us to conclude that only 4% of whole Universe is composed by known matter (baryons). On the other hand 23% comes from a kind of non barionic dark matter. Moreover the cosmic dynamics is almost fully dominated by the so called dark energy (usually considered a kind of fluid), which corresponds to 73% of the energy density of the cosmos. In the last years, a lot of proposals arises in order to explain such a fluid, while many alternative gravitational theories have been developed aiming to lead us to know more about the physics laws. In this work we review a parametric equation of state of such fluids, which imply on models with accelerated expansion where the cosmological constant is a particular case. We then present the gravitational theory proposed by M. Visser. Such alternative theory assumes that the graviton is massive. In his theory, Visser uses a non-dynamic background metric in order to construct a tensor, which is necessary to take in account a massive graviton. In the non-relativistic limit, the potential is non-Newtonian, it is instead Yukawian. Some studies about orbital motions in the solar system (using this kind of potential) give an upper limit to the graviton mass of mg < 10-54 g. Under the radiative regime, massive gravitons produce dispersive gravitational waves and introduce new polarization states which are not found in the GR. So, future detections of gravitational radiation will offer new tests to GR and to the alternative theories of gravity. In particular, our results show the possibility to constrain the graviton mass through a cosmological model that results from this bimetric theory. Although the graviton has an apparently negligible mass, our aim is to show that the theory may lead us to a consistent cosmological model, which explains the current observational data without dark energy (and maybe without dark matter).

The inflationary paradigm represents a fascinating and elegant way of explaining crucial cosmological phenomena; moreover it is remarkably in agreement with current cosmological observations. However we are still blind to many aspects of the physics encoded in such a process and an unequivocal probe of such a mechanism is still lacking. On the other hand inflation suggests the solution to current open cosmological questions, as the observation of magnetic fields in the intergalactic medium. In order to investigate in depth the inflationary mechanism, one possibility is offered by the new era of gravitational wave detectors. In the first part of the thesis we focus on this aspect of the inflationary epoch. Any inflationary model predicts the production of a stochastic gravitational wave background (tensor modes) due to quantum fluctuations of the gravitational field. Moreover, in some scenarios, the presence of additional fields besides the inflaton and the gravitational field gives rise to efficient sources of gravitational waves, activating the so-called classical production. Inflationary gravitational wave signals turn out to represent a unique and exciting window on the origin and evolution of the universe, and a possibility of investigating the underlying theory of gravity. We point out the significant role of primordial gravitational waves in testing the inflationary mechanism itself and in constraining many aspects of the inflationary physics, exploiting the validity/violation of an inflationary consistency relation. Being inflationary gravitational waves a promising way of exploring many aspects of the physics of the early universe, we provide an updated picture of the current status and the observational prospects of inflationary tensor modes, with a particular focus on the possibility of a direct gravitational wave detection offered by current and upcoming laser interferometer detectors. Then we perform a dedicated forecast analysis of the capabilities of the LISA (Laser Interferometer Space Antenna) experiment in probing the inflationary physics. In particular, the capabilities of LISA in measuring a stochastic gravitational wave background are presented. Furthermore, we calculate the gravitational wave signal expected at the LISA frequencies for a number of selected inflationary models. We collect and re-elaborate current limits on the present time gravitational wave spectral energy density, and the sensitivity curves of LISA and other experiments, in order to outline current and expected constraints on the parameter space of the selected inflationary models. The results we find show the efficiency of the method, suggesting an exciting direction in order to investigate inflationary physics and a validation of the significant science that can be done by an experiment as LISA. In the second part of the thesis another interesting aspect of the inflationary mechanism is considered, i.e. the possibility of a significant magnetogenesis. Gamma-ray observations from blazars point out the presence of magnetic fields in the intergalactic medium, where no charged plasma are present. This fact suggests a primordial origin of such fields. Interestingly, the inflationary mechanism provides a fascinating way of explaining the presence of magnetic fields at cosmological scales. In a dedicated section, the main models of inflationary magnetogenesis are outlined. A common aspect of these models is the associated overproduction of curvature and tensor perturbations with respect to single-field slow-roll inflation. In general, observational constraints obtained by CMB measurements on such quantities lead to relevant restrictions on the associated production of magnetic fields. Other limits are provided by keeping under control the backreaction of the electromagnetic fields. In particular, we consider the case proposed from Caprini, where a magnetogenesis mechanism able to explain current gamma-ray observations and to start the galactic dynamo takes place. We calculate the correction to the scalar spectrum and bispectrum (the latter related to primordial non-gaussianities) with respect to single-field slow-roll inflation generated in such a scenario. We find that the strongest constraints on the model originate from the non-observation of a scalar bispectrum of CMB anisotropies. Nevertheless, we found that even when those stringent constraints are taken into consideration, that scenario provides a robust explanation of the observed magnetic fields for a reasonably high energy scale of inflation.
Il paradigma inflazionario rappresenta una modo affascinante ed elegante di spiegare alcuni cruciali fenomeni cosmologici; inoltre risulta in notevole accordo con le attuali osservazioni cosmologiche. Tuttavia, diversi aspetti della fisica di tale processo risultano ancora oscuri e una prova inequivocabile di tale meccanismo è ancora assente. Dall'altro lato, il meccanismo inflazionario si presenta come soluzione di problemi cosmologici ancora aperti, come l'osservazione di campi magnetici nel mezzo intergalattico. Per studiare in profondità il meccanismo inflazionario, una possibilità è offerta dalla nuova epoca di esperimenti per l'osservazione di onde gravitazionali. La prima parte della tesi è focalizzata su tale aspetto della fisica inflazionaria. Ciascun modello inflazionario predice la produzione di un fondo stocastico di onde gravitazionali (modo tensoriali) dovuti alle fluttuazioni quantistiche del campo gravitazionale. Inoltre, in alcuni scenari, la presenza di ulteriori campi oltre all'inflatone e al campo gravitazionale, genera efficaci sorgenti di onde gravitazionali, attivando la produzione classica. Il segnale di onde gravitazionali inflazionarie si rivela essere una unica e interessante finestra sull'origine e l'evoluzione dell'universo, e la possibilità di investigare la sottostante teoria della gravità. Nella tesi è mostrato il ruolo significativo delle onde gravitazionali primordiali nel testare il meccanismo inflazionario in sè e nel provare diversi aspetti della fisica inflazionaria, sfruttando la validità/violazione di una relazione di consistenza. Essendo le onde gravitazionali inflazionarie, un modo promettente di esplorare diversi aspetto della fisica dell'universo primordiale, è inoltre fornito un quadro aggiornato dello stato attuale e delle prospettive di osservazione dei modi tensoriali inflazionari, con una focalizzazione particolare sulla possibilità di osservazione diretta offerta dagli interferometri laser. Successivamente, sono esposte delle previsioni sulle possibilità offerte dell'interferometro spaziale LISA rispetto al testare la fisica inflazionaria. Nella seconda parte della tesi viene descritto un altro aspetto interessante della fisica inflazionaria, ovvero la possibilità di una significativa magnetogenesi. Le osservazioni di raggi gamma dai blazars indicano la presenza di campi magnetici nel mezzo intergalattico, dove non è presente plasma carico. Questo fatto suggerisce un'origine primordiale di tali campi magnetici. E' interessante notare che il meccanismo inflazionario fornisce un affascinante modo di spiegare la presenza di campi magnetici a scale cosmologiche. In una sezione dedicata, sono mostrati i principali modelli di magnetogenesi inflazionaria. Un aspetto comune di tale modelli è una sovra produzione di perturbazioni di curvatura e tensoriali, rispetto al modello inflazionario di single-field slow-roll. In generale, i limiti osservativi ottenuti da misurazioni di CMB su tali quantità comportano restrizioni significative sulla produzione di campi magnetici associata. Altri limiti sono imposti dal controllo della backreaction dei campi elettromagnetici. In particolare, nella tesi viene considerato il modello proposto da Caprini, in cui ha luogo una magnetogenesi in grado di spiegare le attuali osservazioni dei raggi gamma e di dare inizio al processo di dynamo galattica. Viene calcolata la correzione allo spettro e bispettro degli scalari rispetto al caso di single-field slow-roll, in tale scenario. Il risultato mostra come le restrizioni più forti siano dovute alla non osservazione di un bispettro degli scalari nelle anisotropie della CMB. Ciò nonostante, si conclude che anche quando tali restrizioni vengono prese in considerazione, lo scenario inflazioanrio in esame fornisce una robusta spiegazione dei campi magnetici osservati per una ragionevolmente alta scala di energia dell'inflazione.

Orientador: Saulo Henrique Pereira
Banca: Elias Leite Mendonça
Banca: Luiz Cleber Tavares de Brito
Resumo: O campo espinorial ELKO associado às partículas de matéria de spin 1/2 e dimensão de massa 1, construídos em um conjunto completo de autoespinores de helicidade dual do operador conjugação de carga, é um canditado a descrever a matéria escura. Devido a sua natureza, possui diversas aplicações cosmológicas. Neste trabalho, o estudo de tais espinores é realizado sob universo de Friedmann-Robertson-Walker plano, homogênio e isotrópico. À luz da Teoria Quântica de Campos em Espaços-Tempo Curvos, com as transformações de Bogoliubov, obteve-se a densidade de partículas criadas em uma métrica modelo de regime assintóticamente plano no passado e no futuro, permitindo-se comparar com soluções exatas presentes na literatura para produção de partículas escalares e férmions de Dirac. Discute- se, também, a compatibilidade do fenômeno de criação de partículas provenientes da Teoria Quântica de Campos em Espaço Curvos com os estudos de Prigogine para descrição deste fenômeno à escala cosmológica, considerando-se um universo termodinamicamente aberto
Abstract: The ELKO spinor field associated with spin 1/2 particles and mass dimension 1, con- structed on a complete set of dual helicity eigenspinors of the charge conjugation operator, is a candidate for describing dark matter. Due to its nature, it has several cosmological applications. In this work, the study of such spinors is performed under a homogenous and isotropic Friedmann-Robertson-Walker universe. In the light of the Quantum Field Theory in Curved Space-Time, with the Bogoliubov transformations, we obtained the density of particles created in a model of asymptotically plane metric in the past and in the future, allowing to compare with exact solutions present in the literature for the production of scalar particles and Dirac fermions. It is also discussed the compatibility of the phenomenon of particle creation from the Quantum Field Theory in Curved Space with the studies of Prigogine to describe this phenomenon at the cosmological scale, considering a thermodynamically open universe
Mestre

O efeito Sunyaev-Zel\'dovich (ESZ) é uma das mais promissoras técnicas de investigação cosmológica envolvendo os aglomerados de galáxias e a radiação cósmica de fundo (RCF). Tal efeito é uma modificação no espectro planckiano da RCF devido à interação dos fótons com os elétrons energéticos que permeiam o meio intra-aglomerado. Nesta tese de doutorado, vinculamos alguns parâmetros cosmológicos e investigamos a estrutura dos aglomerados de galáxias. Para tal, consideramos amostras de aglomerados para os quais existem medidas conjuntas do ESZ e do brilho em Raios-X. Duas amostras são consideradas, a saber: os 25 dados compilados por de De Filippis et al. (2005), na qual os aglomerados são descritos por modelos isotérmicos (esférico e elíptico), e os 38 dados da amostra de Bonamente et al. (2006) que utilizam um modelo esférico, não isotérmico. Inicialmente, nós investigamos as implicações das diferentes descrições na obtenção do parâmetro de Hubble, $H_0$, no contexto do modelo $\\Lambda$CDM plano e em cosmologias mais gerais, como o $XCDM$ plano e $\\Lambda$CDM com curvatura. Os resultados dependem da amostra e das hipóteses subjacentes. Mostramos que a análise conjunta envolvendo o ESZ/Raios-X de aglomerados, as oscilações acústicas dos bárions e o parâmetro de desvio ({\\it shift parameter}) constituem uma técnica interessante para se determinar $H_0$ e que seu valor depende apenas fracamente da curvatura e do parâmetro da equação de estado da energia escura. Analisando as diversas amostras, nós obtemos também que a descrição elíptica de De Filippis et al. (2005) é a que melhor se ajusta com medidas independentes da física de aglomerados. Posteriormente, utilizando dados de aglomerados (ESZ/Raios-X) e adotando uma des\\-crição puramente cinemática do Universo, obtemos que a probabilidade do parâmetro de desaceleração ser negativo é de 92\\% para a amostra de Bonamente et al. (2006) e de 72\\% para o caso elíptico De Filippis et al. (2005). Ainda nesta linha, simulando os resultados dos vários mapeamentos de Sunyaev-Zeldovich que estão em andamento, discutimos a capacidade dessa técnica (em combinação com dados de Raios-X de aglomerados) para vincular parâmetros cosmológicos. Por outro lado, considerando que a obtenção das distâncias de diâmetro angular de aglomerados pela técnica do ESZ/raios-X depende da relação de dua\\-lidade, investigamos as conseqüências desta dependência de duas formas distintas: (i) testando a consistência entre a validade estrita da relação no modelo de concordância cósmica e as suposições utilizadas para descrever os aglomerados, e (ii) Considerando distâncias independentes (luminosidade e diâmetro angular) obtidas das supernovas Ia e dos aglomerados de galáxias, nós propomos um novo teste para a relação de dualidade que além de auto-consistente é independente de modelo cosmológico. Finalmente, para este teste, discutimos também influência dos diferentes tipos de ajuste das curvas de luz de supernovas. Nossos vínculos para $H_0$ e as conseqüências estatísticas baseadas na relação de dualidade, fornecem uma nova evidência de que a verdadeira geometria dos aglomerados tem uma forma elíptica. Tais resultados também reforçam o interesse pela pesquisa observacional de SZE e de raios-X de aglomerados em moderados e altos {\\it redshifts}.
The so-called Sunyaev-Zeldovich effect (SZE) is one of the most promising techniques for cosmological investigations involving galaxy clusters and the cosmic background radiation (CMB). Such an effect is a modification of the Planckian spectrum due to the interaction between the CMB photons and the hot electrons filling the intracluster medium. In this PhD thesis, we constrain some cosmological parameters and investigate the structure of galaxy clusters based on some samples for which the cluster are endowed with simultaneous measurements of SZE and X-ray surface brightness. Two different samples of galaxy clusters are considered, namely: the 25 data compiled by De Fillippis et al. (2005), and the 38 data sample of Bonamente et al. (2006), based on the non-isothermal spherically symmetric model. Initially, we constrain the value of the Hubble parameter, $ H_0 $, by taking into account the different assumptions underlying the galaxy cluster samples in the context of a flat $\\Lambda$CDM model, as well as, for more general cosmologies like the flat XCDM model and $\\Lambda $CDM with curvature. The results depend on the model assumptions and samples. It is also found that a joint analysis involving ESZ/Raios-X of clusters, the baryon acoustic oscillations (BAO) and shift parameter, constitutes an interesting technique for constraining the Hubble parameter and that its value is weekly dependent on the curvature, as well as on the equation of state parameter of the dark energy. By analysing the different samples, we conclude that the elliptical description of the De Filippis et al. (2005) provides the best quality description in comparison with measurements that are independent from galaxy clusters physics. Furthermore, by using galaxy cluster data (SZE/X-ray) and adopting a purely kinematical description for the universal expansion, we obtain that the decelerating parameter is negative with 92 \\% and 72 \\% of the probability by using the Bonamente et al. (2006) and De Filippis et al. (2005) samples, respectively. By simulating future data set, the ability of the ongoing SZE observations to obtain tighter constraints on the expansion history through SZE/X-ray technique is also discussed. On the other hand, since the SZE/X-ray technique for measuring angular diameter distance of clusters depends on the cosmic distance duality relation (DD relation) validity, we investigate the consequences of such a dependence in two distinct ways: (i) we test the consistence between the strict validity of DD relation in the framework of the $\\Lambda$CDM model (WMAP7) and the different assumptions underlying the galaxy cluster geometries, and (ii) we propose a self-consistent and model-independent test for the DD relation by using type Ia supernovae and galaxy clusters data. Finally, for such a test, we also analyse the influence of the different supernovae light curve fitter methods. Our constraints for $H_0$ and the statistical consequences of the distance duality relation provide a new evidence that the true geometry of galaxy clusters is provided by the elliptical form. Such results also reinforce the interest for the observational research involving the Sunyaev-Zeldovich and X-rays from galaxy clusters at moderate and high {\\it redshifts}.

Orientador: Horatiu Stefan Nastase
Banca: Robert Brandenberger
Banca: Rogério Rosenfeld
Banca: Nathan Jacob Berkovits
Banca: Luis Raul Weber Abramo
Resumo: Nesta tese a Teoria das Perturbações Cosmológicas é revisada e três tópicos originais, incluídos neste grande ramo da cosmologia teórica, são apresentados. Começamos introduzindo e deduzindo as fórmulas necessárias partindo de primeiros princípios no capítulo 2. Em seguida, no capítulo 3, estudamos em detalhe Teorias Quânticas de Campos em de Sitter que contêm correntes de spin alto. Mostramos que a existência de correntes de spin alto - mesmo em teorias com interação - pode colocar mais vínculos na função de n-pontos, tornando a teoria assintoticamente gaussiana no futuro longínquo. Este resultado pode ser interpretado como o análogo do teorema de ColemanMandula para o espaço-tempo de de Sitter. O capítulo 4 é dedicado a modelos inflacionários conformes com o campo de Higgs fazendo o papel de Inflaton. Modelos com simetria de Weyl e com simetria SO(1, 1) para valores altos da energia são construídos. Verificamos quais as condições necessárias para que se obtenha um valor arbitrário para a razão escalar tensorial, parâmetro que mede a intensidade de ondas gravitacionais primordiais em um dado modelo. Introduzimos também um acoplamento diferente do valor conforme para a interação do campo escalar com o tensor de curvatura. Isto quebra a simetria de Weyl, mas verificamos que existe um forte atrator na direção da linha de Starobinsky. No último capítulo, aplicamos o efeito do 'back reaction' dos modos com comprimentos de onda longo (maiores que o raio de Hubble) em alguns modelos inflacionários e no cenário Ekpyrótico. Checamos se este efeito pode prevenir a inflação eterna nas regiões onde efeitos estocásticos são importantes nestes modelos. Alguns apêndices, com cálculos detalhados, são incluídos no final
Abstract: In this thesis the Theory of Cosmological Perturbations is reviewed and three original topics, that are part of this huge branch of theoretical cosmology, are presented. We start by reviewing and deducing the needed formulas from first principles in chapter 2. After it, in chapter 3, we study in detail Quantum Field Theories in de Sitter spacetime that contain Higher Spin currents. We show that the existence of Higher Spin currents - even in the interacting case - can put further constraints on the n-point function, making it asymptotically gaussian in the far future. This result can be interpreted as the analog of Coleman-Mandula theorem for de Sitter spacetime. Chapter 4 is devoted to conformal inflationary models with the Higgs field playing the role of the Inflaton field. We construct models with a Weyl symmetry and a SO(1, 1) symmetry at high energies. It is verified what are the conditions to get an arbitrary value for the tensor to scalar ratio, which measures the amplitude of primordial gravitational waves in a given model. Also, we introduce a coupling, different from the conformal one, for the scalar field and the curvature tensor. This breaks the Weyl symmetry but we verify that there is a strong attractor towards the Starobinsky line. In the last chapter, we apply the back-reaction effect of long wavelength modes (modes with wavelength bigger than the Hubble radius) in some inflationary models and in the Ekpyrotic scenario. We check if this effect could prevent eternal inflation in the region where stochastic effects are important for these models. Some appendices, with detailed calculations, are also included in the end
Doutor

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
O objetivo principal desta dissertação é o de testarmos a consistência em larga-escala de um modelo de gravidade quântica. Este modelo consiste de uma teoria de YangMills para o grupo de calibre SO(m, n) escrita em um espaço-tempo euclidiano quadridimensional. Ao tomarmos o limite infravermelho, a álgebra do grupo SO(m, n) sofre uma contra¸c˜ao de Inönü-Wigner e é deformada na álgebra de Poincaré, quebrando, assim, a simetria de calibre. Como consequências, temos o surgimento das simetrias locais de Lorentz e a identificação dos campos de calibre com a vierbein, e(x), e a conexão de spin, ω(x). A gravidade resultante é uma teoria efetiva tipo-Einstein-Cartan que contém termos de correção ultravioleta e campo de torção propagante. Uma vantagem deste modelo de gravidade induzida é o surgimento natural de uma constante cosmológica gravitacional que, junto com a constante de Newton, G, pode ser calculada perturbativamente. Utilizamos a métrica FLRW e o ansatz de um espaço-tempo riemanniano para demonstramos que esta gravidade efetiva possui o Modelo Cosmológico Padrão como seu limite infravermelho. Além disso, o setor ultravioleta de teoria prevê uma fase de Sitter hiper-acelerada que pode vir a ser associada à inflação e prevê também a presença de matéria exótica no Universo primordial.
Our main go in this thesis is to test the large-scale consistency of a quantum gravity model. This model consists of a Yang-Mills theory with gauge group SO(m, n) written in a four-dimensional euclidean space-time. In the infrared limit, the SO(m, n) algebra undergoes an In¨on¨u-Wigner contraction to Poincaré algebra and the gauge symmetry is broken. As consequence, Lorentz local symmetries arise and the gauge fields can be identified with a vierbein field, e(x), and a spin connection field, ω(x). The resulting gravity is an effective Einstein-Cartan-like theory with ultraviolet correction terms and propagating torsion field. An advantage of this model is the natural appearance of a gravitational cosmological constant that, along with Newton’s gravitational constant, G, can be calculated perturbatively. Making use of the FLRW metric and the ansatz of a riemannian spacetime we demonstrate that this effective gravity has the Standard Cosmological Model in its infrared sector. Furthermore, the ultraviolet regime foresee a hyper-accelerated de Sitter phase that may prove to be inflationary and also foresee the presence of exotic matter in the early Universe.