Compartir
Titolo
Restrictions in the dark sector of the universe and modified gravity with large scale structure and gravitational waves
Autor(es)
Director(es)
Soggetto
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
Cosmología
Clasificación UNESCO
2101 Cosmología y Cosmogonía
Fecha de publicación
2023
Resumen
[EN]The current paradigm of Cosmology is founded on the ⇤ Cold Dark Matter (⇤CDM) prescription, thanks to the enormous amount of experiments in agreement with it. The building process of the ⇤CDM paradigm has three pillars, namely: General Relativity, the Cosmological Principle and the presence of a puzzling Dark Sector. However, ⇤CDM model is not able to answer all questions. For
example, about the intrinsic nature of the Dark Sector, certain issues on the formation of structures in the Universe and current tensions between datasets. Consequently, the last word has yet to be spoken regarding the description of the Cosmos. Because of that, this PhD dissertation intends to be a step forward in the improvement of our cosmological knowledge. After two chapters devoted to the current concordance model and its main problems
respectively, as an introduction, the main topic of this PhD thesis is presented in the third chapter: the so-called pure momentum transfer models. They are an alternative description of the Cosmos which add to the concordance scenario the presence of a momentum exchange between certain components of the Universe involving the Dark Sector. That kind of interactions preserve the background cosmology while modifying the perturbation regime, where precisely certain tensions have emerged in recent times. Moreover, we can also understand them as the macroscopic description of a microscopic force acting in the Dark Sector due to a yet invisible charge. The main implication of this pure momentum exchange is the freezing of the density perturbations of the pressureless fluid, leading to a late-time mechanism eraser of structure. In this thesis, we first present three different momentum transfer models to subsequently thoroughly study, both analytically and numerically, their background cosmology and their linear perturbation regime. We then explore all the different effects on several observables to later use the most recent data to constrain the model parameters along with the cosmological parameters. After that, we devote a chapter to the analyses of how future planned surveys will be capable or not of disentangling the presence of the pure momentum transfer interactions. In the final chapter, we focus on the very small scales where the non-linear physics takes place, as the next natural step once the background and linear cosmology has been studied along with the performance of future surveys. We analyse how these models affect the formation of structures in our Cosmos, using the first one presented before as a proxy. Finally, we summarise the work done and we present our conclusions together with the possible future prospects and open questions.
[ES]El paradigma actual de la Cosmología es el modelo de Constante Cosmológica con Materia Oscura Fría, llamado modelo ⇤CDM, debido a la gran cantidad de experimentos que así lo confirman. Dicho paradigma cosmológico está basado en tres pilares: Relatividad General, el Principio Cosmológico y un enigmático Sector Oscuro. Sin embargo, el modelo ⇤CDM no es capaz de resolver satisfactoriamente todas las cuestiones que se le plantean, como puede ser la naturaleza intrínseca de dicho Sector Oscuro, diferentes problemas en las formación de las estructuras del Universo o las recientes inconsistencias entre diferentes experimentos. De tal forma que aún queda camino por recorrer para poder hallar una descripción plenamente satisfactoria para nuestro Cosmos, siendo este el objetivo de esta tesis doctoral. Comenzaremos dedicando dos capítulos a explicar el modelo de concordancia ⇤CDM y sus principales problemas, sirviéndonos pues de introducción, para luego presentar el principal tema de esta tesis doctoral: los modelos de transferencia de momento. Se tratan de descripciones alternativas al ⇤CDM para nuestro Universo que agregan a la descripción actual la posible presencia de un cierto intercambio de momento entre distintos componentes del Universo, especialmente de aquellos pertenecientes a su Sector Oscuro. Tienen la peculiaridad de preservar la cosmología de fondo y por tanto sólo actuar a nivel de las perturbaciones, donde precisamente han surgido discrepancias últimamente entre distintos experimentos. La anterior interacción puede ser entendida como el resultado macroscópico de una fuerza aún por descubrir actuando dentro del Sector Oscuro y causada por una carga oscura que nuestros detectores no han podido desentrañar debido a su propia naturaleza. A nivel de consecuencias, dichas interacciones se manifiestan como una reducción en el proceso de acreción de materia en las distintas estructuras del Universo que es eficiente en los estadios más tardíos del Universo. En esta tesis doctoral, primero presentamos tres modelos diferentes donde se da tal transferencia de momento para luego estudiarlos detalladamente tanto de forma analítica como de forma numérica. Se analizará su cosmología de fondo y el régimen lineal de perturbaciones para luego determinar sus posibles efectos en diferentes observables y, para finalizar, confrontarlos a los datos más recientes disponibles con el fin de constreñir sus parámetros. En el siguiente capítulo, analizaremos como los futuros experimentos serán capaces o no de detectar las interacciones estudiadas. Finalmente, en el último capítulo, estudiaremos como es el régimen no lineal de dichos modelos viendo como pueden cambiar el proceso de formación de estructuras en el Cosmos. Para acabar y así cerrar, presentaremos nuestras conclusiones sobre el trabajo aquí realizado y comentaremos sobre cuestiones futuras a continuar.
URI
DOI
10.14201/gredos.153224
Aparece en las colecciones