Cosmological predictions for a scalar tensor dark energy model by a dedicated Einstein-Boltzmann code

We have extended the Boltzmann code CLASS and studied a specific scalar tensor dark energy model: Induced Gravity

Thermal inflation and the cosmological moduli problem

Ho studiato la possibilità di soluzione per il problema cosmologico dei moduli (CMP) presente a causa della compattificazione delle dimensioni extra tramite un periodo di inflazione a basse energie (Thermal Inflation). L'elaborato consta di cinque capitoli. Il primo introduce il lettore alla problematica dei moduli partendo dalla teoria Kaluza-Klein. Il secondo riguarda interamente il CMP e altri problemi cosmologici associati ai moduli. Nel terzo viene descritta la thermal inflation e le condizioni di funzionamento. Nel quarto capitolo viene preso in esame il problema di stabilizzazione dei moduli nella teoria di stringa tipo IIB: vengono descritti sia il meccanismo KKTL che il LVS. L'ultimo capitolo consiste nel calcolo della diluizione dei moduli, enunciata prima in un contesto generale e infine applicata al LVS, tramite la thermal inflation. Viene altresì presa in esame la possibilità di due epoche di thermal inflation, al fine di ottenere una diluizione più efficiente dei moduli. In LVS sono presenti due moduli, differenti per massa e vita media. Il più leggero è soggetto al CMP e si trova che, anche dopo due periodi di thermal inflation vi è ancora un numero eccessivo di tali campi, in quanto se da un lato la thermal inflation ne diliusca la densità iniziale, dall'altro ne causa una forte riproduzione, dovuta essenzialmente alle caratteristiche del modulo

Bispectrum of cosmological models with massive neutrinos

Uno dei più importanti campi di ricerca che coinvolge gli astrofisici è la comprensione della Struttura a Grande Scala dell'universo. I principi della Formazione delle Strutture sono ormai ben saldi, e costituiscono la base del cosiddetto "Modello Cosmologico Standard". Fino agli inizi degli anni 2000, la teoria che spiegava con successo le proprietà statistiche dell'universo era la cosiddetta "Teoria Perturbativa Standard". Attraverso simulazioni numeriche e osservazioni di qualità migliore, si è evidenziato il limite di quest'ultima teoria nel descrivere il comportamento dello spettro di potenza su scale oltre il regime lineare. Ciò spinse i teorici a trovare un nuovo approccio perturbativo, in grado di estendere la validità dei risultati analitici. In questa Tesi si discutono le teorie "Renormalized Perturbation Theory"e"Multipoint Propagator". Queste nuove teorie perturbative sono la base teorica del codice BisTeCca, un codice numerico originale che permette il calcolo dello spettro di potenza a 2 loop e del bispettro a 1 loop in ordine perturbativo. Come esempio applicativo, abbiamo utilizzato BisTeCca per l'analisi dei bispettri in modelli di universo oltre la cosmologia standard LambdaCDM, introducendo una componente di neutrini massicci. Si mostrano infine gli effetti su spettro di potenza e bispettro, ottenuti col nostro codice BisTeCca, e si confrontano modelli di universo con diverse masse di neutrini.

Gravitational Lensing as a Tool on Galactic and Cosmological Scales

This work considers the reconstruction of strong gravitational lenses from their observed effects on the light distribution of background sources. After reviewing the formalism of gravitational lensing and the most common and relevant lens models, new analytical results on the elliptical power law lens are presented, including new expressions for the deflection, potential, shear and magnification, which naturally lead to a fast numerical scheme for practical calculation. The main part of the thesis investigates lens reconstruction with extended sources by means of the forward reconstruction method, in which the lenses and sources are given by parametric models. The numerical realities of the problem make it necessary to find targeted optimisations for the forward method, in order to make it feasible for general applications to modern, high resolution images. The result of these optimisations is presented in the \textsc{Lensed} algorithm. Subsequently, a number of tests for general forward reconstruction methods are created to decouple the influence of sourced from lens reconstructions, in order to objectively demonstrate the constraining power of the reconstruction. The final chapters on lens reconstruction contain two sample applications of the forward method. One is the analysis of images from a strong lensing survey. Such surveys today contain $\sim 100$ strong lenses, and much larger sample sizes are expected in the future, making it necessary to quickly and reliably analyse catalogues of lenses with a fixed model. The second application deals with the opposite situation of a single observation that is to be confronted with different lens models, where the forward method allows for natural model-building. This is demonstrated using an example reconstruction of the ``Cosmic Horseshoe''. An appendix presents an independent work on the use of weak gravitational lensing to investigate theories of modified gravity which exhibit screening in the non-linear regime of structure formation.

Zoomed simulations of Halo segregation in cosmological models with two species of coupled dark matter

La materia ordinaria copre soli pochi punti percentuali della massa-energia totale dell'Universo, che è invece largamente dominata da componenti “oscure”. Il modello standard usato per descriverle è il modello LambdaCDM. Nonostante esso sembri consistente con la maggior parte dei dati attualmente disponibili, presenta alcuni problemi fondamentali che ad oggi restano irrisolti, lasciando spazio per lo studio di modelli cosmologici alternativi. Questa Tesi mira a studiare un modello proposto recentemente, chiamato “Multi-coupled Dark Energy” (McDE), che presenta interazioni modificate rispetto al modello LambdaCDM. In particolare, la Materia Oscura è composta da due diversi tipi di particelle con accoppiamento opposto rispetto ad un campo scalare responsabile dell'Energia Oscura. L'evoluzione del background e delle perturbazioni lineari risultano essere indistinguibili da quelle del modello LambdaCDM. In questa Tesi viene presentata per la prima volta una serie di simulazioni numeriche “zoomed”. Esse presentano diverse regioni con risoluzione differente, centrate su un singolo ammasso di interesse, che permettono di studiare in dettaglio una singola struttura senza aumentare eccessivamente il tempo di calcolo necessario. Un codice chiamato ZInCo, da me appositamente sviluppato per questa Tesi, viene anch'esso presentato per la prima volta. Il codice produce condizioni iniziali adatte a simulazioni cosmologiche, con differenti regioni di risoluzione, indipendenti dal modello cosmologico scelto e che preservano tutte le caratteristiche dello spettro di potenza imposto su di esse. Il codice ZInCo è stato usato per produrre condizioni iniziali per una serie di simulazioni numeriche del modello McDE, le quali per la prima volta mostrano, grazie all'alta risoluzione raggiunta, che l'effetto di segregazione degli ammassi avviene significativamente prima di quanto stimato in precedenza. Inoltre, i profili radiale di densità ottenuti mostrano un appiattimento centrale nelle fasi iniziali della segregazione. Quest'ultimo effetto potrebbe aiutare a risolvere il problema “cusp-core” del modello LambdaCDM e porre limiti ai valori dell'accoppiamento possibili.

Review of Clément Vidal, "The Beginning and the End. The Meaning of Life in a Cosmological Perspective"

No more ground control. Dissertations ideally always have been ambitious, and this one can’t claim to be too humble in these regards. Together the pieces of this work form a world view that the author confesses to finding ‘magnificent’. The story he tells is one in which intelligence and complexity are keys to unlock the universe’s mysteries. Vidal tackles questions like ‘What is philosophy?’, ‘Where does it all come from?’, Where are we going?’, ‘Are we alone in the universe?’ and even ‘What is good and what is evil?’. Questions which philosophers for ages have tried to answer.

W-singularities in cosmological models

Recently a new type of cosmological singularity has been postulated for infinite barotropic index w in the equation of state p = wρ of the cosmological fluid, but vanishing pressure and density at the singular event. Apparently the barotropic index w would be the only physical quantity to blow up at the singularity. In this talk we would like to discuss the strength of such singularities and compare them with other types. We show that they are weak singularities

Supernovae, an accelerating universe and the cosmological constant

Observations of supernova explosions halfway back to the Big Bang give plausible evidence that the expansion of the universe has been accelerating since that epoch, approximately 8 billion years ago and suggest that energy associated with the vacuum itself may be responsible for the acceleration.

Measuring cosmological parameters

In this review, the status of measurements of the matter density (Ωm), the vacuum energy density or cosmological constant (ΩΛ), the Hubble constant (H0), and the ages of the oldest measured objects (t0) are summarized. Three independent types of methods for measuring the Hubble constant are considered: the measurement of time delays in multiply imaged quasars, the Sunyaev–Zel’dovich effect in clusters, and Cepheid-based extragalactic distances. Many recent independent dynamical measurements are yielding a low value for the matter density (Ωm ≈ 0.2–0.3). A wide range of Hubble constant measurements appear to be converging in the range of 60–80 km/sec per megaparsec. Areas where future improvements are likely to be made soon are highlighted—in particular, measurements of anisotropies in the cosmic microwave background. Particular attention is paid to sources of systematic error and the assumptions that underlie many of the measurement methods.

On the possibility of coherently stimulated recombination and cosmological structure generation: recombination instability.

Possible instabilities during cosmological recombination may produce an epoch of nonlinear density growth and fractal-like structural patterns out to the horizon scale at that epoch (approximately 200 Mpc today). With this motivation, we examine the consequences of the change in effective radiative recombination reaction rate coefficients produced by intense stimulated emission. The proton-electron recombination is considered as a natural laser, leading to the formation of spatially nonuniform distributions of neutral matter earlier than the recombination epoch.

On the possibility of coherently stimulated recombination and cosmological structure generation: cosmological consequences.

Given a specific physical mechanism for instabilities during cosmological recombination discussed in an earlier paper, we examine the nonlinear growth of density structures to form fractal-like structural patterns out to the horizon scale at that epoch (approximately 200 Mpc today). A model for such fractal patterns is presented. Such effects could explain observed large-scale structure patterns and the formation of objects at high z, while keeping microwave background anisotropies at the observed minimal levels. We also discuss possible microwave background implications of such a transition and note a potentially observable spectral signature at lambda approximately 0.18 mm as well as a weak line near the peak in the microwave background.

Cosmological perturbations in coherent oscillating scalar field models

The fact that fast oscillating homogeneous scalar fields behave as perfect fluids in average and their intrinsic isotropy have made these models very fruitful in cosmology. In this work we will analyse the perturbations dynamics in these theories assuming general power law potentials V(ϕ) = λ|ϕ|^n /n. At leading order in the wavenumber expansion, a simple expression for the effective sound speed of perturbations is obtained c_eff^ 2  = ω = (n − 2)/(n + 2) with ω the effective equation of state. We also obtain the first order correction in k^ 2/ω_eff^ 2 , when the wavenumber k of the perturbations is much smaller than the background oscillation frequency, ω_eff. For the standard massive case we have also analysed general anharmonic contributions to the effective sound speed. These results are reached through a perturbed version of the generalized virial theorem and also studying the exact system both in the super-Hubble limit, deriving the natural ansatz for δϕ; and for sub-Hubble modes, exploiting Floquet’s theorem.

Search for isotropic γ radiation in the cosmological window between 65 and 200 TeV

Electromagnetic energy injected into the universe above a few hundred TeV is expected to pile up as γ radiation in a relatively narrow energy interval below 100 TeV due to its interaction with the 2.7^°K background radiation. We present an upper limit (90% C.L.) on the ratio of primary γ to charged cosmic rays in the energy interval 65–160 TeV (80–200 TeV) of 10.3 • 10^−3 (7.8 • 10^−3). Data from the HEGRA cosmic-ray detector complex consisting of a wide angle Čerenkov array (AIROBICC) measuring the lateral distribution of air Čerenkov light and a scintillator array, were used with a novel method to discriminate γ-ray and hadron induced air showers. If the presently unmeasured universal far infrared background radiation is not too intense, the result rules out a topological-defect origin of ultrahigh energy cosmic rays for masses of the X particle released by the defects equal to or larger than about 10^16 GeV.

Cosmological Mandala with Mount Meru

Painting, Chinese, Yuan; 2 ft. 8 63/64 in.x 2 ft. 8 63/64 in.; hesi (silk tapestry)