Unified models of the cosmological dark sector

We model the cosmological substratum by a viscous fluid that is supposed to provide a unified description of the dark sector and pressureless baryonic matter. In the homogeneous and isotropic background the \textit{total} energy density of this mixture behaves as a generalized Chaplygin gas. The perturbations of this energy density are intrinsically non-adiabatic and source relative entropy perturbations. The resulting baryonic matter power spectrum is shown to be compatible with the 2dFGRS and SDSS (DR7) data. A joint statistical analysis, using also Hubble-function and supernovae Ia data, shows that, different from other studies, there exists a maximum in the probability distribution for a negative present value $q_{0} \approx - 0.53$ of the deceleration parameter. Moreover, different from other approaches, the unified model presented here favors a matter content that is of the order of the baryonic matter abundance suggested by big-bang nucleosynthesis.Comment: 4 pages, 1 figure, submitted to the Proceedings of the Spanish Relativity Meeting - ERE 2010, Granada, September 6 - September 10, 201

Matter power spectrum for the generalized Chaplygin gas model: The relativistic case

The generalized Chaplygin gas (GCG) model is the prototype of a unified model of dark energy (DE) and dark matter (DM). It is characterized by equation-of-state (EoS) parameters $A$ and $\alpha$. We use a statistical analysis of the 2dFGRS data to constrain these parameters. In particular, we find that very small (close to zero) and very large values ($\alpha\gg 1$) of the equation-of-state parameter $\alpha$ are preferred. To test the validity of this type of unification of the dark sector we admit the existence of a separate DM component in addition to the Chaplygin gas and calculate the probability distribution for the fractional contributions of both components to the total energy density. This analysis favors a model for which the Universe is nearly entirely made up of the separate DM component with an almost negligible Chaplygin gas part. This confirms the results of a previous Newtonian analysis.Comment: Latex file, 8 pages, 15 figures in eps forma

Newtonian View of General Relativistic Stars

Although general relativistic cosmological solutions, even in the presence of pressure, can be mimicked by using neo-Newtonian hydrodynamics, it is not clear whether there exists the same Newtonian correspondence for spherical static configurations. General relativity solutions for stars are known as the Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) equations. On the other hand, the Newtonian description does not take into account the total pressure effects and therefore can not be used in strong field regimes. We discuss how to incorporate pressure in the stellar equilibrium equations within the neo-Newtonian framework. We compare the Newtonian, neo-Newtonian and the full relativistic theory by solving the equilibrium equations for both three approaches and calculating the mass-radius diagrams for some simple neutron stars equation of state.Comment: 6 pages, 3 figures. v2 matches accepted version (EPJC

Viscous dark fluid universe

We investigate the cosmological perturbation dynamics for a universe consisting of pressureless baryonic matter and a viscous fluid, the latter representing a unified model of the dark sector. In the homogeneous and isotropic background the \textit{total} energy density of this mixture behaves as a generalized Chaplygin gas. The perturbations of this energy density are intrinsically non-adiabatic and source relative entropy perturbations. The resulting baryonic matter power spectrum is shown to be compatible with the 2dFGRS and SDSS (DR7) data. A joint statistical analysis, using also Hubble-function and supernovae Ia data, shows that, different from other studies, there exists a maximum in the probability distribution for a negative present value $q_0 \approx - 0.53$ of the deceleration parameter. Moreover, while previous descriptions on the basis of generalized Chaplygin gas models were incompatible with the matter power spectrum data since they required a much too large amount of pressureless matter, the unified model presented here favors a matter content that is of the order of the baryonic matter abundance suggested by big-bang nucleosynthesis.Comment: 19 pages, 6 figure

Quando Gravitação e Cosmologia Destoam do Padrão.

O objetivo desta tese é investigar ideias alternativas para a cosmologia padrão (aqui, denotada pelo modelo CDM). Os dois principais ingredientes desta descrição padrão do meio cósmico são a matéria escura e a energia escura que, juntas, formam o setor escuro do Universo. Começamos nossa discussão com uma descrição alternativa para o fenômeno da matéria escura. Aplicamos a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND no inglês) ao aglomerado de galáxias de COMA. Nosso objetivo é reduzir o alto valor da razão massa-luminosidade (uma medida da quantidade de matéria escura) deste sistema. Esta proposta corresponde a parte astrofísica deste trabalho. Ao fim do capítulo 3 confirmamos que a matéria escura é uma componente fundamental do conteúdo de matéria-energia do Universo. Neste ponto ocorre uma transição na tese. Os capítulos 5, 6 e 7 (a parte cosmológica) é dedicada a modelos de unificação do setor escuro. De certa forma, estamos tratando agora com alternativas ao fenômeno da energia escura. Neste cenário de unificação, matéria escura e energia escura são diferentes manifestações de uma única componente escura. O gás de Chaplygin e um fluido com viscosidade volumétrica incorporam esta ideia. Mostramos que a dinâmica de fundo deste candidatos, para um Universo homogêneo e isotrópico, é compatível com os dados astronômicos (em particular, usamos Supernovas, surtos de raios gama e medidas indiretas da expansão de Hubble H(z)). No entanto, discutimos em detalhe as diferenças entre a dinâmica perturbativa (utilizada para explicar o processo de formação de estruturas) do gás de Chaplygin (adiabático) e do fluido viscoso (não adiabático). No nível perturbativo nossos observáveis cosmológicos são o espectro de potência da matéria, o efeito Sachs-Wolfe integrado e o efeito Mészáros. Mostramos que estes modelos de unificação apresentam algumas patologias, o que traz nossas atenções de volta ao modelo cosmológico padrão. De volta ao modelo CDM nós ignoramos a suposição de que a matéria escura é um fluido ideal e a fazemos mais real adicionando ao seu tensor momento-energia uma componente dissipativa (dada pela pressão de viscosidade volumétrica). Esta ideia origina o modelo vCDM que é estudado no capítulo 7. Encontramos que os recentes dados astronômicos permitem que matéria escura possua uma viscosidade máxima de 108Pa.seg. De certa forma, esperamos que este resultado possa significar uma nova predição que poderá ser testada nos futuros laboratórios de matéria escura

Confrontando Cosmologias Newtoniana e neo-Newtoniana Através do Processo de Formação de Estruturas

A utilização das equações da hidrodinâmica no estudo do Universo constitui o que chamamos de Cosmologia Newtoniana. No entanto, se considerarmos os efeitos inerciais da pressão e a distinção entre massa gravitacional e inercial é possível obter um novo conjunto de equações hidrodinâmicas que dão origem a chamada Cosmologia neo- Newtoniana. Através de um modelo constituido por matéria bariônica e gás de Chaplygin generalizado estudamos a aplicabilidade destas duas abordagens para a cosmologia sob o prisma do processo de formação de estruturas. Confrontamos os espectros de potência teóricos obtidos pela cosmologia Newtoniana e neo-Newtoniana de nosso modelo com os dados observacionais do programa 2dFGRS. O objetivo desta análise é buscar as vantagens e desvantagens de cada abordagem. Além disto, buscamos a origem das oscilações e divergências observadas no espectro de potência que foram apontadas recentemente na literatura