Um estudo sobre modelos cosmológicos com campos escalares não-canônicos

• Main Author: Eunice Valtânia de Jesus Bezerra
• Other Authors: Dennis Fernandes Alves Bessada
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2015
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/02.05.16.01

Apesar dos sucessos do Modelo Cosmológico Padrão (MCP) como o paradigma central da Cosmologia moderna, alguns problemas essenciais ainda permanecem como grandes desafios a ser superados. Dentre estes é digna de menção a necessidade de se introduzir uma fase de expansão acelerada para se explicar alguns fenômenos relativos tanto ao universo primordial- a chamada \emph{inflação cósmica} - quanto ao universo presente - com a chamada fase de dominação da \emph{energia escura} (EE). A formulação proposta pelo paradigma vigente para se explicar tais fases de expansão acelerada - a \emph{inflação} para o universo primordial, e a \emph{constante cosmológica} (CC) para o universo atual- ainda está longe de ser satisfatória, o que leva muitos pesquisadores a buscarem soluções alternativas. Dentro dessa perspectiva, uma alternativa que tem se mostrado frutífera é a que postula a existência de campos escalares com um termo cinético diferente do usual: são os chamados modelos de \emph{k-essência}. Tais campos escalares - também chamados de \emph{não-canônicos} - emulam tanto o comportamento do campo escalar responsável pela inflação quanto a presença da CC como fluido exótico que promove a presente fase de expansão acelerada. Dentro desse contexto, um modelo tem sido constantemente analisado, o chamado modelo de Dirac- Born-Infeld (DBI), pode ser tanto estudado na fase inflacionária, quanto na fase atual de expansão acelerada. Além desse, podemos enumerar o modelo \emph{taquiacústico}, que modifica o paradigma inflacionário ao postular uma fase desacelerada no universo primordial, mas que apresenta, por outro lado, propagação superluminal das perturbações primordiais. A presente dissertação de mestrado visa fazer um estudo de revisão tanto do modelo geral de k-essência quanto dos modelos particulares DBI e taquiacústico, aplicados tanto para o universo primordial quanto para a fase atual de expansão acelerada. Nesse contexto, introduziremos um programa de construção de modelos cosmológicos com k-essência, e o ilustraremos derivando um \emph{toy-model} como solução. A construção desse procedimento visa fundamentalmente criar uma base para o desenvolvimento futuro de modelos não-canônicos que, dentre outros fatores, possam gerar amplitudes de não-gaussianidade que se encontrem dentro dos intervalos fornecidos pelas atuais observações cosmológicas. === Despite the success of the Cosmological Standard Modellike the central cosmological modern paradigm, some essential problems are still big challenges to be overcome. Among them it is worthy to mention the necessity to introduce an accelerated expansion phase to explain some phenomena related to the primordial uni verse - called cosmic inflation - as the present universe - with the domination phase of Dark Energy. The formulation proposed by the present paradigm to explain these accelerated expansion phases - inflation for the primordial universe and cosmological constant for the present universe - it is far from being satisfactory, leading many researchers to investigate alternative solutions. In this perspective, a successfull alternative is the one which postulates the existence of scalar fields with a different kinetic term: they are called the k-essence models. These scalar fields - also called noncanonical - emulate the scalar field behavior, which is responsible for infiation, as well as the CC presence as an exotic fiuid which promoves the accelerated expansion phase. In this context, a model which has been constantly analyzed, called Dirac-Born-Infeld (DBI) model, can be studied as in the inflationary phase as in the current phase of accelerated expansion. Moreover, we can enumerate tachyacoustic model, which modifies the inflationary paradigm by postulating a decelerated phase for primordial universe, while also proposing a superluminal propagation of the primordial pertur-bations. This dissertation aims to review the general k-essence model as well as the particular case of the DBI and tachyacoustic models, applied as for the primordial universe as the accelerated expansion present phase. In this context, we introduce a k-essence cosmological model building program applied to investigate both the primordial universe and the present acelerated expansion phase. We ilustrate it by deriving a toy model as solution. This procedure aims fundamentally at creating a base for future development of noncanonical models, which, among other factors, can generate non-gaussian amplitudes which are within the ranges given by the present cosmological observations.