Η μελέτη της φύσης της σκοτεινής ενέργειας χρησιμοποιώντας εξωγαλαξιακές πηγές υψηλών ενεργειών

Η επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος και η ισχύς της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας σε κοσμολογικές κλίμακες, είναι δυνατόν να ελεγχθούν μελετώντας τις διαταραχές της ύλης οι οποίες εξαρτώνται τόσο από το κοσμολογικό υπόβαθρο όσο και από τη θεωρία βαρύτητας. Στη διδακτορική μου διατριβή, αρχικά παρουσιάζεται μια νέα συναρτησιακή μορφή του παράγοντα αναλογίας που συνδέει τις διαταραχές της φωτεινής με τη σκοτεινή ύλη η οποία είναι παραδεκτή για όλα τα κοσμολογικά μοντέλα ανεξάρτητα από τη θεωρία βαρύτητας που υπακούουν. Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε τις ιδιότητες σμηνοποίησης των φωτεινών κόκκινων γαλαξιών και τα δεδομένα του ρυθμού αύξησης των δομών με στόχο να βάλουμε περιορισμούς στις τιμές των κοσμολογικών παραμέτρων. Αυτό γίνεται με την x^2 στατιστική διαδικασία ελαχιστοποίησης μεταξύ θεωρητικών προσδοκιών και δεδομένων. Η στατιστική μας ανάλυση δίνει τα εξής αποτελέσματα: (α) ο δείκτης αύξησης των διαταραχών της ύλης είναι γ=0.56±0.05 ο οποίος βρίσκεται σε εξαιρετική συμφωνία με τις προβλέψεις του μοντέλου ΛCDM, (β) η αδιάστατη παράμετρος της πυκνότητας της ύλης στη σημερινή εποχή είναι Ω_m0=0.29±0.01 η οποία είναι σε συμφωνία με τα τελευταία αποτελέσματα του Planck. Αξίζει να σημειωθεί ότι με τα αποτελέσματα αυτά παρέχουμε σημαντικά αυστηρότερους περιορισμούς στο δείκτη αύξησης σε σχέση με προηγούμενες μελέτες, όπως υποδεικνύεται από το γεγονός ότι η αντίστοιχη αβεβαιότητα είναι μόνο ~0.09γ. Τέλος, επιτρέποντας το γ να μεταβάλλεται με την ερυθρομετάθεση, βρίσκουμε ότι η συνδυαστική στατιστική ανάλυση, άρει κατά ένα μέρος τον εκφυλισμό των παραμέτρων και έτσι αποκτάμε αυστηρότερους περιορισμούς σε σχέση με άλλες πρόσφατες μελέτες.The accelerated expansion of the Universe and the validation of General Relativity in cosmological scales, can be tested by studying the matter perturbations which depend on the cosmological background and the theory of gravity. In my thesis, a new functional form of the bias factor is presented, acceptable for any cosmological model. We also use the clustering properties of the Luminous Red Galaxies and the growth rate data provided by the various galaxy surveys in order to constrain the growth index, γ, of the linear matter fluctuations and the dimensionless density of matter at the present epoch, Ω_m0. We perform a standard x^2 minimization procedure between theoretical expectations and data, followed by a joint likelihood analysis and we find (a) γ = 0.56 ± 0.05, perfectly consistent with the expectations of the ΛCDM model, (b) Ω_m0=0.29±0.01,in very good agreement with the latest Planck results. Our analysis provides significantly more stringent growth index constraints with respect to previous studies, as indicated by the fact that the corresponding uncertainty is only ∼ 0.09γ. Finally, allowing γ to vary with redshift we find that the combined statistical analysis alleviates partially the degeneracy and obtain more stringent constraints with respect to other recent studies

The growth index of matter perturbations and modified gravity

We place tight constraints on the growth index $\gamma$ by using the recent growth history results of 2dFGRS, SDSS-LRG, VIMOS-VLT deep Survey (VVDS) and {\em WiggleZ} datasets. In particular, we investigate several parametrizations of the growth index $\gamma(z)$, by comparing their cosmological evolution using observational growth rate data at different redshifts. Utilizing a standard likelihood analysis we find that the use of the combined growth data provided by the 2dFGRS, SDSS-LRG, VVDS and {\em WiggleZ} galaxy surveys, puts the most stringent constraints on the value of the growth index. As an example, assuming a constant growth index we obtain that $\gamma=0.602\pm 0.055$ for the concordance $\Lambda$CDM expansion model. Concerning the Dvali-Gabadadze-Porrati gravity model, we find $\gamma=0.503\pm 0.06$ which is lower, and almost $3\sigma$ away, from the theoretically predicted value of $\gamma_{DGP}\simeq 11/16$. Finally, based on a time varying growth index we also confirm that the combined growth data disfavor the DGP gravity.Comment: 8 pages, 5 figures. Revised version accepted in MNRAS. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1202.163

The study of nature of dark energy using high energy extragalactic sources

The accelerated expansion of the Universe and the validation of General Relativity in cosmological scales, can be tested by studying the matter perturbations which depend on the cosmological background and the theory of gravity. In my thesis, a new functional form of the bias factor is presented, acceptable for any cosmological model. We also use the clustering properties of the Luminous Red Galaxies and the growth rate data provided by the various galaxy surveys in order to constrain the growth index, γ, of the linear matter fluctuations and the dimensionless density of matter at the present epoch, We perform a standard x2 minimization procedure between theoretical expectations and data, followed by a joint likelihood analysis and we find (a) γ=0.56±0.05, perfectly consistent with the expectations of the ΛCDM model, (b) Ωmo=0.29±0.01 in very good agreement with the latest Planck results. Our analysis provides significantly more stringent growth index constraints with respect to previous studies, as indicated by the fact that the corresponding uncertainty is only ∼ 0.09γ. Finally, allowing γ to vary with redshift we find that the combined statistical analysis alleviates partially the degeneracy and obtain more stringent constraints with respect to other recent studies.Η επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος και η ισχύς της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας σε κοσμολογικές κλίμακες, είναι δυνατόν να ελεγχθούν μελετώντας τις διαταραχές της ύλης οι οποίες εξαρτώνται τόσο από το κοσμολογικό υπόβαθρο όσο και από τη θεωρία βαρύτητας. Στη διδακτορική μου διατριβή, αρχικά παρουσιάζεται μια νέα συναρτησιακή μορφή του παράγοντα αναλογίας που συνδέει τις διαταραχές της φωτεινής με τη σκοτεινή ύλη η οποία είναι παραδεκτή για όλα τα κοσμολογικά μοντέλα ανεξάρτητα από τη θεωρία βαρύτητας που υπακούουν. Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε τις ιδιότητες σμηνοποίησης των φωτεινών κόκκινων γαλαξιών και τα δεδομένα του ρυθμού αύξησης των δομών με στόχο να βάλουμε περιορισμούς στις τιμές των κοσμολογικών παραμέτρων. Αυτό γίνεται με την x2 στατιστική διαδικασία ελαχιστοποίησης μεταξύ θεωρητικών προσδοκιών και δεδομένων. Η στατιστική μας ανάλυση δίνει τα εξής αποτελέσματα: (α) ο δείκτης αύξησης των διαταραχών της ύλης είναι γ=0.56±0.05 ο οποίος βρίσκεται σε εξαιρετική συμφωνία με τις προβλέψεις του μοντέλου ΛCDM, (β) η αδιάστατη παράμετρος της πυκνότητας της ύλης στη σημερινή εποχή είναι Ωmo=0.29±0.01 η οποία είναι σε συμφωνία με τα τελευταία αποτελέσματα του Planck. Αξίζει να σημειωθεί ότι με τα αποτελέσματα αυτά παρέχουμε σημαντικά αυστηρότερους περιορισμούς στο δείκτη αύξησης σε σχέση με προηγούμενες μελέτες, όπως υποδεικνύεται από το γεγονός ότι η αντίστοιχη αβεβαιότητα είναι μόνο ~0.09γ. Τέλος, επιτρέποντας το γ να μεταβάλλεται με την ερυθρομετάθεση, βρίσκουμε ότι η συνδυαστική στατιστική ανάλυση, άρει κατά ένα μέρος τον εκφυλισμό των παραμέτρων και έτσι αποκτάμε αυστηρότερους περιορισμούς σε σχέση με άλλες πρόσφατες μελέτες

Cosmology from Gamma Ray Bursts

In this study we propose to use Gamma Ray Bursts (GRBs) as standard candles in order to constrain the expansion history of the universe up to redshifts of z similar to 6. In particular, we utilize the 69 GRB dataset recently compiled by Cardone et al. (2009). Performing a joint likelihood analysis of the recent supernovae type Ia (SNIa) data and the GRBs we can put constraints on the main cosmological parameters (Omega(m), w). However, the use of the current GRBs to trace the Hubble relation, as an alternative to the traditionally used SNIa, can not break the degeneracy between the Omega(m) and the dark energy equation of state parameter

Conservation laws and evolution schemes in geodesic, hydrodynamic, and magnetohydrodynamic flows

Carter and Lichnerowicz have established that barotropic fluid flows are conformally geodesic and obey Hamilton's principle. This variational approach can accommodate neutral, or charged and poorly conducting, fluids. We show that, unlike what has been previously thought, this approach can also accommodate perfectly conducting magnetofluids, via the Bekenstein-Oron description of ideal magnetohydrodynamics. When Noether symmetries associated with Killing vectors or tensors are present in geodesic flows, they lead to constants of motion polynomial in the momenta. We generalize these concepts to hydrodynamic flows. Moreover, the Hamiltonian descriptions of ideal magnetohydrodynamics allow one to cast the evolution equations into a hyperbolic form useful for evolving rotating or binary compact objects with magnetic fields in numerical general relativity. In this framework, Ertel's potential vorticity theorem for baroclinic fluids arises as a special case of a conservation law valid for any Hamiltonian system. Moreover, conserved circulation laws, such as those of Kelvin, Alfvén and Bekenstein-Oron, emerge simply as special cases of the Poincaré-Cartan integral invariant of Hamiltonian systems. We use this approach to obtain an extension of Kelvin's theorem to baroclinic (nonisentropic) fluids, based on a temperature-dependent time parameter. We further extend this result to perfectly or poorly conducting baroclinic magnetoflows. Finally, in the barotropic case, such magnetoflows are shown to also be geodesic, albeit in a Finsler (rather than Riemann) space