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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.14.2011.tde-13092011-135337
Documento
Autor
Nome completo
Rodrigo Fernandes Lira de Holanda
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Lima, José Ademir Sales de (Presidente)
Araujo, Jose Carlos Neves de
Lepine, Jacques Raymond Daniel
Pino, Elisabete Maria de Gouveia Dal
Ribeiro, Marcelo Byrro
Título em português
O efeito Sunyaev-Zel'dovich: teoria e aplicações cosmológicas
Palavras-chave em português
aglomerados de galáxias
cosmologia
efeito sunyaev zeldovich
Resumo em português
O efeito Sunyaev-Zel'dovich (ESZ) é uma das mais promissoras técnicas de investigação cosmológica envolvendo os aglomerados de galáxias e a radiação cósmica de fundo (RCF). Tal efeito é uma modificação no espectro planckiano da RCF devido à interação dos fótons com os elétrons energéticos que permeiam o meio intra-aglomerado. Nesta tese de doutorado, vinculamos alguns parâmetros cosmológicos e investigamos a estrutura dos aglomerados de galáxias. Para tal, consideramos amostras de aglomerados para os quais existem medidas conjuntas do ESZ e do brilho em Raios-X. Duas amostras são consideradas, a saber: os 25 dados compilados por de De Filippis et al. (2005), na qual os aglomerados são descritos por modelos isotérmicos (esférico e elíptico), e os 38 dados da amostra de Bonamente et al. (2006) que utilizam um modelo esférico, não isotérmico. Inicialmente, nós investigamos as implicações das diferentes descrições na obtenção do parâmetro de Hubble, $H_0$, no contexto do modelo $\Lambda$CDM plano e em cosmologias mais gerais, como o $XCDM$ plano e $\Lambda$CDM com curvatura. Os resultados dependem da amostra e das hipóteses subjacentes. Mostramos que a análise conjunta envolvendo o ESZ/Raios-X de aglomerados, as oscilações acústicas dos bárions e o parâmetro de desvio ({\it shift parameter}) constituem uma técnica interessante para se determinar $H_0$ e que seu valor depende apenas fracamente da curvatura e do parâmetro da equação de estado da energia escura. Analisando as diversas amostras, nós obtemos também que a descrição elíptica de De Filippis et al. (2005) é a que melhor se ajusta com medidas independentes da física de aglomerados. Posteriormente, utilizando dados de aglomerados (ESZ/Raios-X) e adotando uma des\-crição puramente cinemática do Universo, obtemos que a probabilidade do parâmetro de desaceleração ser negativo é de 92\% para a amostra de Bonamente et al. (2006) e de 72\% para o caso elíptico De Filippis et al. (2005). Ainda nesta linha, simulando os resultados dos vários mapeamentos de Sunyaev-Zeldovich que estão em andamento, discutimos a capacidade dessa técnica (em combinação com dados de Raios-X de aglomerados) para vincular parâmetros cosmológicos. Por outro lado, considerando que a obtenção das distâncias de diâmetro angular de aglomerados pela técnica do ESZ/raios-X depende da relação de dua\-lidade, investigamos as conseqüências desta dependência de duas formas distintas: (i) testando a consistência entre a validade estrita da relação no modelo de concordância cósmica e as suposições utilizadas para descrever os aglomerados, e (ii) Considerando distâncias independentes (luminosidade e diâmetro angular) obtidas das supernovas Ia e dos aglomerados de galáxias, nós propomos um novo teste para a relação de dualidade que além de auto-consistente é independente de modelo cosmológico. Finalmente, para este teste, discutimos também influência dos diferentes tipos de ajuste das curvas de luz de supernovas. Nossos vínculos para $H_0$ e as conseqüências estatísticas baseadas na relação de dualidade, fornecem uma nova evidência de que a verdadeira geometria dos aglomerados tem uma forma elíptica. Tais resultados também reforçam o interesse pela pesquisa observacional de SZE e de raios-X de aglomerados em moderados e altos {\it redshifts}.
Título em inglês
The Sunyaev-Zeldovich effect: theory and cosmological applications
Palavras-chave em inglês
cosmology
galaxy clusters
Sunyaev Zeldovich effect
Resumo em inglês
The so-called Sunyaev-Zeldovich effect (SZE) is one of the most promising techniques for cosmological investigations involving galaxy clusters and the cosmic background radiation (CMB). Such an effect is a modification of the Planckian spectrum due to the interaction between the CMB photons and the hot electrons filling the intracluster medium. In this PhD thesis, we constrain some cosmological parameters and investigate the structure of galaxy clusters based on some samples for which the cluster are endowed with simultaneous measurements of SZE and X-ray surface brightness. Two different samples of galaxy clusters are considered, namely: the 25 data compiled by De Fillippis et al. (2005), and the 38 data sample of Bonamente et al. (2006), based on the non-isothermal spherically symmetric model. Initially, we constrain the value of the Hubble parameter, $ H_0 $, by taking into account the different assumptions underlying the galaxy cluster samples in the context of a flat $\Lambda$CDM model, as well as, for more general cosmologies like the flat XCDM model and $\Lambda $CDM with curvature. The results depend on the model assumptions and samples. It is also found that a joint analysis involving ESZ/Raios-X of clusters, the baryon acoustic oscillations (BAO) and shift parameter, constitutes an interesting technique for constraining the Hubble parameter and that its value is weekly dependent on the curvature, as well as on the equation of state parameter of the dark energy. By analysing the different samples, we conclude that the elliptical description of the De Filippis et al. (2005) provides the best quality description in comparison with measurements that are independent from galaxy clusters physics. Furthermore, by using galaxy cluster data (SZE/X-ray) and adopting a purely kinematical description for the universal expansion, we obtain that the decelerating parameter is negative with 92 \% and 72 \% of the probability by using the Bonamente et al. (2006) and De Filippis et al. (2005) samples, respectively. By simulating future data set, the ability of the ongoing SZE observations to obtain tighter constraints on the expansion history through SZE/X-ray technique is also discussed. On the other hand, since the SZE/X-ray technique for measuring angular diameter distance of clusters depends on the cosmic distance duality relation (DD relation) validity, we investigate the consequences of such a dependence in two distinct ways: (i) we test the consistence between the strict validity of DD relation in the framework of the $\Lambda$CDM model (WMAP7) and the different assumptions underlying the galaxy cluster geometries, and (ii) we propose a self-consistent and model-independent test for the DD relation by using type Ia supernovae and galaxy clusters data. Finally, for such a test, we also analyse the influence of the different supernovae light curve fitter methods. Our constraints for $H_0$ and the statistical consequences of the distance duality relation provide a new evidence that the true geometry of galaxy clusters is provided by the elliptical form. Such results also reinforce the interest for the observational research involving the Sunyaev-Zeldovich and X-rays from galaxy clusters at moderate and high {\it redshifts}.
 
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tese.pdf (3.19 Mbytes)
Data de Publicação
2011-12-14
 
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  • HOLANDA, R. F. L., CUNHA, J. V., and LIMA, J. A. S.. New constraints on H 0 and Ω m from SZE/X-ray data and baryon acoustic oscillations [doi:10.1007/s10714-011-1292-5]. General Relativity and Gravitation [online], .
  • HOLANDA, R. F. L., LIMA, J. A. S., and RIBEIRO, M. B.. Cosmic distance duality relation and the shape of galaxy clusters [doi:10.1051/0004-6361/201015547]. Astronomy & Astrophysics [online], 2011, vol. 528, p. L14.
  • HOLANDA, R. F. L., LIMA, J. A. S., and RIBEIRO, M. B.. TESTING THE DISTANCE–DUALITY RELATION WITH GALAXY CLUSTERS AND TYPE Ia SUPERNOVAE [doi:10.1088/2041-8205/722/2/L233]. The Astrophysical Journal [online], 2010, vol. 722, n. 2, p. L233-L237.
  • HOLANDA, R.F.L, et al. Constraining H0 in general dark energy models from Sunyaev-Zeldovich/X-ray technique and complementa [doi:10.1088/1475-7516/2012/02/035]. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics [online], 2012, vol. 2012, n. 2, p. 035.
  • HOLANDA, R.F.L., J.A.S. LIMA,, and M.B. RIBEIRO,. Probing the cosmic distance-duality relation with the Sunyaev-Zel'dovich effect, X-ray observations and supernovae Ia [doi:10.1051/0004-6361/201118343]. Astronomy & Astrophysics [online], 2012.
  • LIMA, José, HOLANDA, Rodrigo, and CUNHA, João. Are Galaxy Clusters Suggesting an Accelerating Universe?. AIP - conference Proceedings [online], 2009, vol. 1241, p. 224-229. [cited 2011-11-29]. Available from : <http://proceedings.aip.org/resource/2/apcpcs/1241/1/224_1?isAuthorized=no>
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