Energia escura e formalismos estatísticos para a formação das grandes estruturas

Resumo

O presente projeto está focalizado na misteriosa natureza das componentes escuras do universo (matéria escura e energia escura) e suas conseqüências para o processo de formação das grandes estruturas do universo (galáxias, aglomerados e super-aglomerados de galáxias). O processo de formação de estruturas foi analiticamente descrito por Press e Schechter em 1974, através da chamada função de massa, F(M), ou função de multiplicidade dos aglomerados de galáxias. Essa função determina a densidade numérica (comóvel) de objetos gravitacionalmente ligados que são formados durante o processo. O chamado formalismo de Press-Schechter tem como ponto de partida a hipótese de que a estatística do campo primordial das perturbações de densidade é bem descrita por uma distribuição gaussiana. Além de um sério problema de normalização (ao se integrar dF(M) sobre todas as massas se obtém 1/2), esse método não explica os atuais dados de raio-X dos aglomerados de galáxias, e também estáem desacordo com as mais modernas simulações computacionais. Nesse contexto, propomos neste projeto um estudo mais detalhado da estatística empregada para descrever o campo das flutuações de densidade, já que os dados mais recentes do WMAP (Spergel et al. 2006, Hinshaw et al. 2007) indicam um desvio da gaussianidade nos mapas da radiação cósmica de fundo. Nosso ponto de partida é que os prováveis desvios da distribuição gaussiana podem ser devidos às correlações induzidas pelo próprio campo gravitacional cósmico. Tal como ocorre em dinâmica de galáxias e aglomerados (Lima e de Souza 2005, Kronberger et al. 2006), tais desvios podem ser efetivamente descritos pela estatística não-extensiva de Tsallis (1988). Esta ênfase especial na estatística não-extensiva se justifica também pelo fato dela permitir um tratamento semi-analítico e se reduzir à distribuição gaussiana, no limite de seu parâmetro livre q tendendo a 1, possibilitando assim uma comparação direta com os resultados da teoria padrão. Naturalmente, outras distribuições também serão consideradas à luz dos dados mais recentes. A idéia é procurar estabelecer quais as distribuições que corrigem o problema da normalização e ao mesmo tempo proporcionam melhores ajustes com os dados provenientes do espectro de raios-X de aglomerados. Nesse sentido, deveremos realizar uma ampla comparação das funções de massa modificadas (pelas diferentes estatísticas) com os dados de diversos catálogos de galáxias e ajustes baseados em recentes simulações de N-Corpos. As funções de massa e, implicitamente, as distribuições descrevendo o campo de flutuações primordiais, serão testados em diversos cenários cosmológicos, incluindo os diferentes tipos de energia escura propostos na literatura. O objetivo (no enfoque não-gaussiano) é obter limites sobre diversos parâmetros cósmicos da formação das estruturas do universo. (AU)