Setor escuro do universo: uma análise termodinâmica

Significant observational effort has been directed to unveiling the nature of the so-called dark energy. However, given the large number of theoretical possibilities, it is possible that this a task cannot be based only on observational data. In this thesis we investigate the dark energy via a thermodynamics approach, i.e., we discuss some thermodynamic properties of this energy component assuming a general time-dependent equation-of-state (EoS) parameter w(a) = w0 + waf(a), where w0 and wa are constants and f(a) may assume different forms. We show that very restrictive bounds can be placed on the w0 - wa space when current observational data are combined with the thermodynamic constraints derived. Moreover, we include a non-zero chemical potential μ and a varying EoS parameter of the type ω(a) = ω0 + F(a), therefore more general, in this thermodynamical description. We derive generalized expressions for the entropy density and chemical potential, noting that the dark energy temperature T and μ evolve in the same way in the course of the cosmic expansion. The positiveness of entropy S is used to impose thermodynamic bounds on the EoS parameter ω(a). In particular, we find that a phantom-like behavior ω(a) < −1 is allowed only when the chemical potential is a negative quantity (μ < 0). Thermodynamically speaking, a complete treatment has been proposed, when we address the interaction between matter and energy dark

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Esforços observacionais significativos têm sido direcionados para investigar a natureza da chamada energia escura. No entanto, dado o grande número de possibilidades teóricas, esta tarefa não é possível baseando-se apenas em dados observacionais. Nesta tese, investigaremos a energia escura através da abordagem termodinâmica, isto é, discutiremos algumas propriedades termodinâmicas desta componente energética assumindo um parâmetro da equação de estado (EoS) geral dependente do tempo ω(a) = ω0 + ωaf(a), onde ω0 e ωa são constantes e f(a) pode assumir diferentes formas. Mostraremos que limites muito restritivos podem ser colocados no espaço ω0 − ωa quando dados observacionais recentes são combinados com os vínculos termodinâmicos derivados. Além disso, incluímos um potencial químico μ não nulo e um parâmetro da EoS variável do tipo ω(a) = ω0 + F(a), portanto mais geral, nesta descrição termodinâmica. Derivamos expressões gerais para a densidade de entropia e o potencial químico, notando que a temperatura da energia escura T e μ evoluem da mesma maneira no decorrer da expansão cósmica. A positividade da entropia S é usada para impor limites termodinâmicos ao parâmetro da EoS ω(a). Em particular, encontramos que um comportamento tipo phantom ω(a) < −1 é permitido somente quando o potencial químico é uma quantidade negativa (μ < 0). Termodinamicamente falando, um tratamento completo foi proposto, quando abordamos a interação entre matéria e energia escuras