Inflação em sistemas com fluidos de radiação com viscosidade e dissipação e análise de estabilidade

Este trabalho apresenta um estudo da estabilidade das equações da inflação morna com um fluido de radiação viscoso. A viscosidade do fluido é proveniente do constante decaimento de partículas neste, devido à dissipação do campo escalar da inflação, o ínflaton.Esta viscosidade, que pode ser volumar ou laminar, é tratada em termos de teorias termodinâmicas fora do equilíbrio. Este estudo se limita às equações de fundo da inflação morna, de modo que somente a viscosidade volumar tem um efeito significativo, sendo a viscosidade laminar importante somente no contexto de perturbações cosmológicas. A descrição da viscosidade em termos de uma termodinâmica fora do equilíbrio, porém, não pode ser realizada univocamente, pois a única informação que temos sobre processos irreversíveis é a segunda lei da termodinâmica. Portanto, parte-se em busca de teorias que estejam de acordo com esta lei e que, por argumentos plausíveis, sejam capazes de descrever o comportamento dos fluxos dissipativos próximo ao equilíbrio. O objetivo deste trabalho é estudar a estabilidade da inflação morna viscosa para teorias causais e não causais para o fluido de radiação com viscosidade, de forma que se possa observar o impacto da viscosidade no regime inflacionário e a relevância de se passar a considerar a causalidade. Para o fluido de radiação, as teorias consideradas são a teoria não causal de Eckart e as teorias causais de Israel-Stewart e de Denicol et al (hidrodinâmica dissipativa causal não linear). Obtém-se que as teorias causais, como era de se esperar, além de serem, por definição, consistentes no tocante à finitude da velocidade de propagação dos fluxos dissipativos, tornam o sistema dinâmico estável para valores de viscosidade mais distantes do equilíbrio. Observa-se também, nitidamente, que a teoria de Denicol et al é a mais robusta nesse sentido. Este trabalho, portanto, visa dar continuidade ao estudo dos efeitos não-isentrópicos na inflação, já que, além da dissipação do ínflaton na inflação morna, o impacto da viscosidade tem despertado bastante interesse.

This work presents a study of the stability of the equations of warm inflation with a viscous radiation fluid. The viscosity of the fluid arises from the constant decay of particles into the fluid itself, due to the dissipation of the scalar field of inflation, the inflaton. This viscosity, which can be a bulk or a shear viscosity, is treated in terms of nonequilibrium thermodynamical theories. This study is limited to the warm inflation background equations, so that only bulk viscosity has a significant effect, being the shear viscosity important only in the context of cosmological perturbations. The description of viscosity in terms of a nonequilibrium thermodynamics, however, can not be univocally performed, because the unique information we have about irreversible processes is the second law of thermodynamics. Therefore, we set off in search of theories that are in accordance with this law and that, by plausible arguments, are capable to describe the behavior of the dissipative fluxes near equilibrium. The aim of this work is to study the stability of viscous warm inflation for causal and noncausal theories for the the viscous radiation fluid, so that the impact of viscosity and the relevance of considering causality can be observed. For the radiation fluid, the considered theories are the Eckart noncausal theory and causal ones from Israel-Stewart and from Denicol et al (nonlinear causal dissipative hydrodynamics). We obtain from causal theories, as it was expected, in addition to being, by definition, consistent regarding the finiteness of the propagations velocity of the dissipative fluxes, make the dynamical system stable for viscosity values further away from equilibrium. It's clearly observed, either, that the theory from Denicol et al in the most robust in that sense. This work, therefore, aims to continue the study of nonisentropic effects on inflation, since, in addition to the inflaton's dissipation in warm inflation, the impact of viscosity has attracted considerable interest.