Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Modelos del sector oscuro del universo y teorías de gravedad modificadas |
| Título alternativo: | Models of the dark sector of the universe and modified gravity theories |
| Autor: | Armaleo, Juan Manuel |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)
|
| Fecha de defensa: | 2024-08-14 |
| Fecha en portada: | Agosto 2024 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Física |
| Director: | López Nacir, Diana Laura |
| Consejero: | Lombardo, Fernando César |
| Jurado: | Ferraro, Rafael; Kandus, Alejandra; Makler, Martín |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | MATERIA OSCURA ULTRALIVIANA; SPIN-2; GRAVEDAD MODIFICADA; BIGRAVEDAD; PULSARES; ONDAS GRAVITACIONALESULTRALIGHT DARK MATTER; SPIN-2; MODIFIED GRAVITY; BIGRAVITY; PULSARS; GRAVITATIONAL WAVES |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7606_Armaleo |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7606_Armaleo.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7606_Armaleo |
| Ubicación: | FIS 007606 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Armaleo, Juan Manuel. (2024). Modelos del sector oscuro del universo y teorías de gravedad modificadas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7606_Armaleo |
Resumen:
Determinar la naturaleza y propiedades de la materia oscura es uno de los principales campos de estudios dentro de la Cosmología moderna. A lo largo de los años, diversos y numerosos modelos y paradigmas alternativos fueron surgiendo en contraposición al modelo de ΛCDM, modelo más completo y exitoso que se tiene hasta el momento. En el último tiempo especial interés fue tomando aquél donde la materia oscura consiste en bosones ultralivianos, con números de ocupación extremadamente altos de manera tal que se lo puede describir mediante la teoría clásica de campos. Estos tipos de modelos de materia oscura se los conoce como materia oscura ultraliviana (ULDM por sus siglas en inglés). Esta tesis tiene como objetivo, pues, poner cotas al modelo mediante el estudio de la naturaleza y comportamiento de uno de estos tipos de materia oscura, más específicamente de un modelo de materia oscura ultraliviana de spin-2. A diferencia de un campo de Klein-Gordon o uno de Proca, estudiar un campo bosónico masivo de spin-2 en Relatividad General requiere de especial atención y cuidado. Esto es así ya que la incorporación de un campo masivo de spin-2 a la acción de Relatividad General podría romper la bien comportada teoría, por ejemplo, dejando sin validez la invariancia frente a difeomorfismos. No fue hasta principios de la segunda década del siglo XXI que se pudieron desarrollar teorías bien comportadas que describan un campo de spin-2 masivo en Relatividad General. El punto de partida para desarrollar dichas teorías fue la hoy en día conocida Teoría de Gravedad Masiva, presentada por Claudia de Rham, Gregory Gabadadze y Andrew Tolley a finales de 2010. Allí los autores mostraron cómo describir un campo de spin-2 masivo en una métrica fija y sin dinámica, que pese al éxito de la misma, no es algo deseable en un contexto cosmológico. A partir de esta fueron surgiendo diversas teorías que sí admiten este tipo de soluciones, entre ellas una de las más conocidas y que competerá a esta tesis es la denominada Teoría de Bigravedad. El campo de materia oscura ultraliviana de spin-2 estudiado en esta tesis está enmarcado en este tipo de teorías, aunque cabe remarcar que varios de los resultados aquí obtenidos no se restringen a este tipo de teorías solamente. Por ende, es parte de esta tesis también dedicar un análisis y una descripción adecuada de la teoría de bigravedad previamente mencionada, teniendo en mente su contexto cosmológico y haciendo foco en cómo obtener a partir de esta el modelo de materia oscura en cuestién. El modelo de ULDM de spin-2 aquí presentado trata de ahondar una de las diversas propuestas y alternativas a ser candidato de materia oscura viable. Para estudiar dicha viabilidad, en pos de confrontar al modelo frente a datos y observaciones disponibles, se utilizaron para tal objetivo diversos fenómenos del universo. A saber, se utilizaron púlsares binarios, arreglo de púlsares (PTA), y ondas gravitacionales para poner cotas al modelo. Los resultados obtenidos y mostrados aquí son fruto de una serie de trabajos desarrollados durante el doctorado (Armaleo et al., 2020a,b, 2021) los cuales permitieron poner varias de las cotas más restrictivas y novedosas al modelo de materia oscura ultraliviana de spin-2. Este es el aporte principal de esta tesis a la comunidad científica.
Abstract:
Determining the nature and properties of dark matter is one of the main fields of study within modern Cosmology. Over the years, diverse and numerous alternative models and paradigms have emerged in contrast to the ΛCDM model, the most complete and successful model available to date. In recent times, special interest has been taken in those where dark matter consists of ultralight bosons, with extremely high occupation numbers in such a way that it can be described by classical field theory. These types of dark matter models are known as ultralight dark matter (ULDM). This thesis aims, therefore, to put limits on the model by studying the nature and behavior of one of these types of dark matter, more specifically a spin-2 ultralight dark matter model. Unlike a Klein-Gordon or a Proca field, studying a massive spin-2 bosonic field in General Relativity (GR) requires special attention. This is so since the incorporation of a massive spin-2 field into the action of GR could break the well-behaved theory, for example, rendering invariance against diffeomorphisms invalid. It was not until the beginning of the second decade of the 21st century that well-behaved theories describing a massive spin-2 field in General Relativity could be developed. The starting point for developing these theories was the now known as Massive Gravity Theory, presented by Claudia de Rham, Gregory Gabadadze and Andrew Tolley at the end of 2010. There the authors showed how to describe a spin-2 massive field in a fixed metric and without dynamics, which despite its success, is not something desirable in a cosmological context. From this, various theories emerged that will admit this type of solutions, among them one of the best known and that will be relevant for this thesis is the so-called Bigravity Theory. The spin-2 ultralight dark matter field studied in this thesis is framed within this type of theory, although it should be noted that several of the results obtained here are not restricted to this type of theory only. Finally, it is also part of this thesis to dedicate an analysis and an adequate description of the previously mentioned bigravity theory, keeping in mind its cosmological context and focusing on how to obtain the dark matter model in question from this. The spin-2 ULDM model presented here tries to delve into one of the various proposals and alternatives to be a viable dark matter candidate. To study this feasibility, in order to confront the model against available data and observations, various phenomena of the universe were used. Namely, binary pulsars, pulsar timing array (PTA), and gravitational waves. The results obtained and shown here are product of a series of works developed during the doctorate (Armaleo et al., 2020a,b, 2021) which allowed us to put several of the most restrictive and novel limits on the spin-2 ULDM model. This is the main contribution of this thesis to the scientific community.
Citación:
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Armaleo, Juan Manuel. (2024). Modelos del sector oscuro del universo y teorías de gravedad modificadas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7606_Armaleo
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Armaleo, Juan Manuel. "Modelos del sector oscuro del universo y teorías de gravedad modificadas". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7606_Armaleo
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