Πέρα από το καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο: κοσμολογία μεμβράνης και δομές πεμπτουσίας

Abstract

We study cosmological models with extra dimensions, where the universe is described as a four-dimensional hypersurface, where matter fields are localized. This membrane moves in five-dimensional space, that contains matter fields as well. We continue with the study of membrane movement when gravity into the bulk is modified by a Gauss-Bonnet term, and on the membrane by an induced gravity term. In this context, we deduce membrane junction conditions and modified equations of cosmological membrane evolution. In the second part of this thesis we study astrophysical objects composed of dark matter or neutrinos, considering interaction of these ingredients with the scalar field of Quintessence. A formalism based on the Thomas-Fermi approach is developed, in order to study spherical symmetric and static structures of dark matter which interacts with the field of quintessence. In this context, we study the structure of dark matter in the halo of galaxies. We also find solutions describing dense zero temperature objects consisting of dark matter. Finally we study static solutions composed of neutrinos interacting with the field of quintessence. Such interaction is used in cosmological models, linking the density of dark energy to the mass of the neutrino.

Μελετάμε κοσμολογικά μοντέλα με πρόσθετες διαστάσεις, όπου το σύμπαν περιγράφεται ως υπερεπιφάνεια τεσσάρων διαστάσεων, στην οποία είναι εντοπισμένα τα πεδία της ύλης. Η μεμβράνη αυτή κινείται σε χώρο πέντε διαστάσεων, όπου και εκεί βρίσκονται πεδία ύλης. Η ενασχόληση με την κοσμολογία μεμβράνης ολοκληρώθηκε με τη μελέτη της κίνησης της μεμβράνης όταν η βαρύτητα στον κυρίως όγκο τροποποιείται από όρο Gauss-Bonnet, και στη μεμβράνη από όρο επαγόμενης βαρύτητας (induced gravity). Σε αυτό το πλαίσιο γίνονται κατανοητές οι συνθήκες εμβάπτισης της μεμβράνης, στον κυρίως όγκο των πέντε διαστάσεων και εξάγονται οι τροποποιημένες εξισώσεις της κοσμολογικής εξέλιξης της μεμβράνης. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής αυτής μελετάμε αστροφυσικά αντικείμενα αποτελούμενα από σκοτεινή ύλη ή νετρίνα, θεωρώντας αλληλεπίδραση των συστατικών αυτών με το βαθμωτό πεδίο της Πεμπτουσίας. Αναπτύσσουμε φορμαλισμό βασισμένο στην προσέγγιση Thomas-Fermi, για τη μελέτη σφαιρικά συμμετρικών και στατικών δομών από σκοτεινή ύλη που αλληλεπιδρά με το πεδίο της πεμπτουσίας. Στο πλαίσιο αυτό μελετάμε τη δομή της σκοτεινή ύλης στην άλω των γαλαξιών. Ακόμα μελετάμε λύσεις, οι οποίες περιγράφουν πυκνά αντικείμενα μηδενικής θερμοκρασίας τα οποία αποτελούνται από σκοτεινή ύλη. Τέλος μελετάμε στατικές λύσεις αποτελούμενες από νετρίνα τα οποία αλληλεπιδρούν με το πεδίο της πεμπτουσίας. Μια τέτοια αλληλεπίδραση χρησιμοποιείται σε κοσμολογικά μοντέλα που συνδέουν την πυκνότητα της σκοτεινής ενέργειας με την μάζα των νετρίνων.