Gravitación y Cosmología: Teoría y Fenomenología · 2017-12-14 · 2.2 Determinación de los...
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Grupo de Cosmología y Estructuras en Gran Escala Gravitación y Cosmología: Teoría y Fenomenología Grupo de Cosmología y Estructuras a Gran Escala 1 Integrantes • Profesores e Investigadores – Claudio Simeone – Susana J. Landau • Becarios postdoctorales – Ivan Sanchez – Emilio Rubín de Celis • Estudiantes de doctorado – Maria Cecilia Tomassini – María Pía Piccirilli (FCAGLP-UNLP) – Carolina Negrelli (FCAGLP-UNLP) – Pedro Cataldi • Contacto: [email protected]; [email protected] 2 Gravitación: Líneas de Investigación Geometría de un agujero de gusano. 2.1 Geometrías asociadas con cáscaras delga- das, incluyendo agujeros de gusano del ti- po thin-shell Las cáscaras delgadas de materia y las geome- trías asociadas a las mismas aparecen en varios contextos de interés astrofísico y cosmológico. Se las encuentra, por ejemplo, como modelo de at- mósferas estelares y como fuentes de geometrías topológicamente no triviales como los llamados agujeros de gusano (“wormholes”); a escala cos- mológica, el formalismo con el que dichas cásca- ras se definen se ha utilizado para estudiar mo- delos cosmológicos dentro del paradigma llamado “mundos brana”, esto es, espacio-tiempos defini- dos como la superficie donde se pegan partes de dos variedades de mayor número de dimensiones. Nuestro objetivo en este marco es estudiar las condiciones de energía y la estabilidad mecánica de tales cáscaras. 2.2 Determinación de los aspectos globales de una geometría mediante la autofuerza so- bre una carga Si bien para un observador en caída libre próxi- mo a una carga valen localmente las ecuaciones de Maxwell para el espacio plano, la solución de las mismas no puede ser globalmente la de tal espacio. Una solución tal no tendría el compor- tamiento asintótico compatible con la geometría curva del fondo. La solución que se comporta co- rrectamente es localmente distinta de la corres- pondiente al espacio plano; en particular, el cam- po de una carga no puede ser simétrico alrededor de la misma, y esto implica la existencia de una autofuerza. Como el campo es determinado por la totalidad de la geometría de fondo, llevamos adelante un programa que consiste en el cálculo de la autofuerza como forma de determinar las propiedades globales de un espacio-tiempo y así diferenciar geometrías que pueden ser localmente iguales pero son globalmente diferentes. 3 Cosmología: Líneas de Investigación Mapa de Temperatura del Fondo Cósmico de Radiación obtenido por la collaboración Planck. 3.1 Fondo Cósmico de Radiación (FCR) El estudio de FCR es reconocido actualmente co- mo una de las mejores herramientas que permiten responder las preguntas básicas sobre el origen y la evolución del universo. No sólo constituye una de las mejores corroboraciones observacionales de la teoría del Big Bang, sino que también propor- ciona información sobre parámetros cosmológi- cos fundamentales como la geometría y tasa de expansión del universo y la cantidad y naturale- za de la materia. También es posible testear las predicciones de modelos alternativos al Big Bang tanto aquellos del Universo tardío como los mo- delos de la etapa inflacionaria del Universo tem- prano. En nuestro grupo, estudiamos: i) modelos de inflación donde la emergencia de un universo inhomogéneo y anisotrópico a partir de un estado inicial homogéneo e isotrópico se puede explicar a partir del colapso de la función de onda y ii) modelos donde la expansión acelerada actual del universo se explica adicionando un campo escalar al modelo cosmológico estándar. Anisotropía de la Temperatura del FCR. Rojo: Datos de la collaboración Planck; Celeste: Modelo Cosmológico Estándar. 3.2 Violaciones al Principio de Equivalencia El descubrimiento de la aceleración de la expan- sión del Universo a partir de las luminosidades de las supernovas tipo Ia (SNIa) en 1998 dio lu- gar a una modificación en el modelo cosmológico estándar. La modificación más simple y que per- mite actualmente explicar todos los datos obser- vacionales actuales consiste en incluir el término de la constante cosmológica propuesto por Eins- tein. Debido a algunos problemas para explicar la magnitud de dicha constante, se han propuesto modelos alternativos al modelo cosmológico es- tándar que pueden dividirse en dos familias: i) Energía Oscura y ii) Teorías de gravitación al- ternativas a la Relatividad General (RG). En el primero de los casos, la aceleración del universo se puede explicar a partir de una componente adi- cional en el tensor de energía momento que tiene la particularidad de tener presión negativa, a esa componente se la denomina “Energía oscura”. En el segundo caso, una modificación a la teoría de gravedad de Einstein seria la responsable de la aceleración del Universo. En nuestro grupo es- tudiamos las posibles violaciones al principio de equivalencia de ambas propuestas en los siguien- tes escenarios: i) Experimento de la balanza de torsión; ii) Galaxias enanas.
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Grupo de Cosmología y Estructuras en Gran Escala
Gravitación y Cosmología:Teoría y Fenomenología
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Grupo!de!!!!Cosmología!y!!!!!!!!!Estructuras!!!!!!!!!!a!Gran!Escala!!
1 Integrantes
•Profesores e Investigadores–Claudio Simeone–Susana J. Landau
•Becarios postdoctorales– Ivan Sanchez–Emilio Rubín de Celis
•Estudiantes de doctorado–Maria Cecilia Tomassini–María Pía Piccirilli (FCAGLP-UNLP)–Carolina Negrelli (FCAGLP-UNLP)–Pedro Cataldi
•Contacto: [email protected]; [email protected]
2 Gravitación: Líneas de Investigación
Geometría de un agujero de gusano.
2.1 Geometrías asociadas con cáscaras delga-das, incluyendo agujeros de gusano del ti-po thin-shell
Las cáscaras delgadas de materia y las geome-trías asociadas a las mismas aparecen en varioscontextos de interés astrofísico y cosmológico. Selas encuentra, por ejemplo, como modelo de at-mósferas estelares y como fuentes de geometríastopológicamente no triviales como los llamadosagujeros de gusano (“wormholes”); a escala cos-mológica, el formalismo con el que dichas cásca-ras se definen se ha utilizado para estudiar mo-delos cosmológicos dentro del paradigma llamado“mundos brana”, esto es, espacio-tiempos defini-dos como la superficie donde se pegan partes dedos variedades de mayor número de dimensiones.Nuestro objetivo en este marco es estudiar lascondiciones de energía y la estabilidad mecánicade tales cáscaras.
2.2 Determinación de los aspectos globales deuna geometría mediante la autofuerza so-bre una carga
Si bien para un observador en caída libre próxi-mo a una carga valen localmente las ecuacionesde Maxwell para el espacio plano, la solución delas mismas no puede ser globalmente la de talespacio. Una solución tal no tendría el compor-tamiento asintótico compatible con la geometríacurva del fondo. La solución que se comporta co-rrectamente es localmente distinta de la corres-pondiente al espacio plano; en particular, el cam-po de una carga no puede ser simétrico alrededorde la misma, y esto implica la existencia de unaautofuerza. Como el campo es determinado porla totalidad de la geometría de fondo, llevamosadelante un programa que consiste en el cálculode la autofuerza como forma de determinar laspropiedades globales de un espacio-tiempo y asídiferenciar geometrías que pueden ser localmenteiguales pero son globalmente diferentes.
3 Cosmología: Líneas de Investigación
Mapa de Temperatura del Fondo Cósmico de Radiación obtenido por la
collaboración Planck.
3.1 Fondo Cósmico de Radiación (FCR)
El estudio de FCR es reconocido actualmente co-mo una de las mejores herramientas que permitenresponder las preguntas básicas sobre el origen yla evolución del universo. No sólo constituye unade las mejores corroboraciones observacionales dela teoría del Big Bang, sino que también propor-ciona información sobre parámetros cosmológi-cos fundamentales como la geometría y tasa deexpansión del universo y la cantidad y naturale-za de la materia. También es posible testear laspredicciones de modelos alternativos al Big Bangtanto aquellos del Universo tardío como los mo-
delos de la etapa inflacionaria del Universo tem-prano. En nuestro grupo, estudiamos: i) modelosde inflación donde la emergencia de un universoinhomogéneo y anisotrópico a partir de un estadoinicial homogéneo e isotrópico se puede explicara partir del colapso de la función de onda y ii)modelos donde la expansión acelerada actual deluniverso se explica adicionando un campo escalaral modelo cosmológico estándar.
Anisotropía de la Temperatura del FCR. Rojo: Datos de la collaboración Planck;
Celeste: Modelo Cosmológico Estándar.
3.2 Violaciones al Principio de Equivalencia
El descubrimiento de la aceleración de la expan-sión del Universo a partir de las luminosidadesde las supernovas tipo Ia (SNIa) en 1998 dio lu-gar a una modificación en el modelo cosmológicoestándar. La modificación más simple y que per-mite actualmente explicar todos los datos obser-vacionales actuales consiste en incluir el términode la constante cosmológica propuesto por Eins-tein. Debido a algunos problemas para explicar lamagnitud de dicha constante, se han propuestomodelos alternativos al modelo cosmológico es-tándar que pueden dividirse en dos familias: i)Energía Oscura y ii) Teorías de gravitación al-ternativas a la Relatividad General (RG). En elprimero de los casos, la aceleración del universose puede explicar a partir de una componente adi-cional en el tensor de energía momento que tienela particularidad de tener presión negativa, a esacomponente se la denomina “Energía oscura”. Enel segundo caso, una modificación a la teoría degravedad de Einstein seria la responsable de laaceleración del Universo. En nuestro grupo es-tudiamos las posibles violaciones al principio deequivalencia de ambas propuestas en los siguien-tes escenarios: i) Experimento de la balanza detorsión; ii) Galaxias enanas.
