Estudio de nucleosíntesis primordial en un modelo con energía oscura temprana

Abstract

Esta tesis ha sido realizada en el marco de dos temas muy actuales y apasionantes en Cosmología: Nucleosíntesis Primordial y la Energía Oscura. Ambos tópicos son fundamentales para entender el universo temprano y la naturaleza de la expansión acelerada del universo y en consecuencia, conseguir un refinamiento en los valores predichos por el modelo estándar, para compararlos con los datos observacionales que se encuentran disponibles. En este contexto, hemos propuesto un modelo de energía oscura (EDE) que evoluciona durante las diferentes épocas cosmológicas para considerar su influencia en la abundancia de BBN. Esta contribución se ha modelado como un campo escalar K-esencia en el marco del universo FRW con una parametrización efectiva de la ecuación de estado en función del factor de escala con la condición tracker durante el dominio de radiación, y a su vez exigiendo una expansión acelerada en etapas tardías para alcanzar el efecto de la constante cosmológica. Hemos seleccionado un campo escalar de K-esencia, ya que no necesita un fine-tuning del valor del campo y su velocidad en etapas tempranas. Además, el comportamiento de este campo es el indicado para satisfacer la condición tracker durante el dominio de radiación. Con la parametrización que se ha construido, es posible encontrar las variables dinámicas del sistema de EDE y usando de distancias de luminosidad de la SNIA fue posible obtener las mejores estimaciones de los parámetros libres del modelo. Así, es posible calcular los grados de libertad adicionales los cuales están relacionados con la contribución no nula del modelo de energía oscura y su influencia en la tasa de Hubble, el tiempo y, por último, la abundancia primordial de núcleos ligeros en la teoría de BBN. Se resumen las condiciones necesarias para lograr predicciones BBN y la expansión acelerada del universo en etapas tardías. Esta nueva perspectiva se evita el procedimiento usual que consiste en considerar más grados de libertad durante el dominio de radiación como materia oscura (neutrinos, axiones, neutralinos, partículas Kaluza, etc.) ´o los modelos asociados con la gravedad modificada.

Abstract. This thesis have been made in the frame of two current and exciting topics in Cosmology: Primordial Nucleosynthesis and Dark Energy. Both are fundamental fields that must be studied in order to understand the Early Universe and the nature of the accelerated expansion of the Universe and consequently, it is possible to achieve an enhancement of the predicted values that must be compared with available observational data. In this context, we have proposed this thesis with the aim to study a model of Dark Energy which evolves during the different cosmological epochs and its influence in BBN abundances. This contribution has been modeled as a K-essence scalar field in the framework of FRW universe using an effective parametrization of the state equation as a function of the scale factor with the tracker condition during radiation domination, but also demanding an accelerated expansion at late times emulating cosmological constant. We have selected a K-essence field because it does not need a fine tuning of the value of the field and its velocity at very early times. Also, the behaviour of this field is the right one to get the tracker condition during radiation domination. With the parametrization that has been constructed, we find all the dynamical variables of the EDE system and use the luminosity distances of the SNIA to obtain the best estimations for the free parameters of the model. At this point, it is possible to compute the additional degrees of freedom which are related with the non null contribution of the dark energy model and its influence on the Hubble rate, the time and finally, the primordial abundances of light nuclei in BBN theory. We summarize the necessary conditions to achieve BBN predictions and the accelerated expansion of the universe at late times. This new perspective avoids the ordinary procedure which is to consider additional degrees of freedom during radiation domination as dark matter (neutrinos, axions, neutralinos, Kaluza particles, etc.) or models associated with modified gravity that also affects the dynamic quantities related with BBN theory.