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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.2015.tde-06072015-114443
Documento
Autor
Nome completo
Leandro José Beraldo e Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Sodre Junior, Laerte (Presidente)
Cypriano, Eduardo Serra
Lima Neto, Gastao Cesar Bierrenbach
Lima, José Ademir Sales de
Santos, Edivaldo Moura
Título em português
Propriedades dinâmicas da matéria escura
Palavras-chave em português
aglomerados de galáxias
dinâmica galática
lentes gravitacionais
matéria escura
mecânica estatística de sistemas gravitacionais
Resumo em português
Esta tese tem como objetivo o estudo de aspectos dinâmicos e estatísticos da matéria escura em distribuições esféricas de massa. O fato de suas partículas constituintes interagirem gravitacionalmente mas não eletromagneticamente, e portanto sua evolução ser regida por interações de longo alcance, traz algumas complicações teóricas na descrição de suas propriedades nos termos da mecânica estatística, dificuldades compartilhadas com sistemas auto-gravitantes em geral. Para melhor compreender essas propriedades, estudamos as distribuições de matéria escura em três abordagens diferentes. Na primeira, utilizamos dados observacionais, utilizando lentes gravitacionais, em aglomerados de galáxias para comparar a performance de alguns modelos propostos para o perfil de densidade da matéria escura. Dividimos estes modelos em fenomenológicos ou teóricos. Dos primeiros, todos são capazes de descrever os dados observacionais com performance comparável. Entre os modelos teóricos estudados, o modelo chamado DARKexp descreve os dados tão bem quanto os primeiros. Numa segunda abordagem, utilizamos dados de simulações numéricas para testar uma função proposta para a distribuição de velocidades das partículas. Esta função inclui a anisotropia no campo de velocidades na chamada distribuição q-gaussiana. Comparamos a performance desta função com a da função gaussiana e concluímos que a primeira representa uma melhor descrição dos dados, mesmo levando em conta a introdução de um parâmetro extra, apesar de ainda apresentar algumas discrepâncias, especialmente nas regiões internas dos halos. Por fim, discutimos a possível relevância do conceito de indistinguibilidade na determinação dos estados de equilíbrio de sistemas auto-gravitantes em geral, propondo uma associação deste conceito com o nível de mistura do sistema. Implementamos esta associação numa análise combinatória e estudamos as conseqüências para a determinação da função distribuição e do perfil de densidades. Esta associação também levanta algumas dúvidas sobre a validade da equação de Vlasov durante o processo de relaxação violenta.
Título em inglês
Dynamical properties of the dark matter
Palavras-chave em inglês
Dark matter
galactic dynamics
galaxy clusters
gravitational lensing
statistical mechanics of gravitational systems
Resumo em inglês
This thesis aims to study the dynamic and statistical aspects of dark matter in spherical distributions. The fact that their constituent particles interact gravitationally but not electromagnetically, and therefore its evolution is governed by long-range interactions, brings some theoretical complications in their description in terms of the statistical mechanics, difficulties shared with self-gravitating systems in general. To better understand these properties, we studied the distributions of dark matter in three different approaches. First, we used observational data, using gravitational lensing in galaxy clusters to compare the performance of some proposed models for the dark matter density profile. We divide these models in phenomenological or theoretical. All of the formers are able to describe the observational data with comparable performance. Among the theoretical models studied, the model called DARKexp describes the data as well as the formers. In a second approach, we use numerical simulation data to test a proposed function for the velocity distribution. This function includes the velocity anisotropy into the so called q-Gaussian distribution. We compared the performance of this function with the Gaussian function and concluded that the first is a better description of the data, even taking into account the introduction of an extra parameter, although still presenting some discrepancies, especially in the inner regions of the halo. Finally, we discuss the relevance of the concept of indistinguishability in determining the states of equilibrium of self-gravitating systems in general, suggesting an association of this concept with the mixing level of the system. We implement this association in a combinatorial analysis and study the consequences for the determination of the distribution function and the density profile. This association also raises some questions about the validity of the Vlasov equation during the process of violent relaxation.
 
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tese.pdf (3.18 Mbytes)
Data de Publicação
2015-07-14
 
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  • BERALDO E SILVA, L. J., LIMA, M., and SODRE, L. Testing phenomenological and theoretical models of dark matter density profiles with galaxy clusters [doi:10.1093/mnras/stt1761]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [online], 2013, vol. 436, n. 3, p. 2616-2624.
  • BERALDO E SILVA, Leandro, et al. Anisotropic q-Gaussian 3D velocity distributions in ΛCDM haloes [doi:10.1093/mnras/stv1321]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [online], 2015, vol. 452, n. 1, p. 944-955.
  • BERALDO E SILVA, Leandro, et al. Statistical mechanics of self-gravitating systems : Mixing as a criterion for indistinguishability [doi:10.1103/PhysRevD.90.123004]. Physical Review D [online], 2014, vol. 90, n. 12.
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